自動車用ハイテンの基礎知識：鉄鋼材料の基礎知識（15）（4/4 ページ）

今なお工業材料の中心的な存在であり、幅広い用途で利用されている「鉄鋼材料」について一から解説する本連載。第15回は、自動車用ハイテンについて説明する。

[ひろ，MONOist] PC用表示関連情報

LINE

Hatena

前のページへ | 　　　　　　

ハイテンの欠点

　ハイテンは高強度特性と高成形性を兼ね備えた高機能な素材ですが、いくつかの欠点があります。それらの欠点とは次の通りであり、プレス成形時に留意する必要があります。

割れ

　ハイテンはプレス成形時に大きな変形を伴うと、割れが生じやすくなります。高強度なハイテンほど、割れの発生頻度が多くなります。割れは曲げ成形よりも絞り成形で生じやすく、曲げ変形でも曲げ半径が小さい場合は注意が必要です。

しわ

　ハイテンの絞り成形または縮みフランジ成形では、圧縮応力が作用して表面にしわが発生します。一度発生したしわを取り除くことは、非常に困難です。また、しわの発生は見た目を損なわせることとなります。一方、しわを発生しない金型形状や成形法が開発されており、実用化されています。

スプリングバック

　図11に示すように、ハイテンを曲げ成形して金型から取り外すと、成形品が弾性的に回復し、形状が元に戻ろうとします。この現象を「スプリングバック」といい、部材の寸法精度に支障をきたします。スプリングバックの量はハイテンの強度が高いほど大きくなるため、注意が必要です。

　この対策として、スプリングバックの量を予測し、その量だけ金型形状を修正する対策が一般的に取られています。また、金型修正に有限要素解析ソフトを用いたシミュレーションが活用されています。

図11　ハイテンの曲げ成形で起こるスプリングバック［クリックで拡大］

遅れ破壊

　高強度鋼では、水素脆化による遅れ破壊が深刻な問題となります。遅れ破壊とは、鋼中に水素が侵入し、時間の経過とともに少しずつ鋼が脆化して突然の破壊をもたらす現象です。遅れ破壊は鋼の強度が高いほど起こりやすいため、強度が1000MPaを超えるハイテンで問題となります。また、プレス成形後に残留応力が発生していると、水素脆化感受性が高まります。

　この対策として、メーカーにおいて水素脆化感受性を抑えた成分設計が取られている他、プレス成形時に残留応力を低減する工法が取られています。

高強度部材成形技術「ホットスタンプ」とは

　今なお進化を遂げているハイテンは980MPa級以上のウルトラハイテンが主流となりつつあり、車体骨格部への適用拡大が続いていくものと予想されます。ただし、ウルトラハイテンはプレス成形時にプレスにかかる負荷が大きいため、設備の維持管理に課題が残ります。また、前述したように割れやスプリングバックが発生しやすいため、扱いが容易ではありません。

　一方のホットスタンプは、図12に示すように鋼板を熱間で成形し、部材を製造する工法です。鋼板を加熱炉で900℃程度に加熱し、温度が冷めないうちに金型にセットしてプレス成形します。鋼板は加熱によって軟らかくなっているため成形しやすく、プレスへの負荷が抑えられます。成形品は金型中でそのまま冷却され、焼き入れ状態となります。これにより、1500MPa級の超高強度成形品を製造できます。

図12　ホットスタンプのプロセス［クリックで拡大］

　ホットスタンプ成形品はスプリングバックが非常に小さいため、寸法精度に優れます。強度面でもハイテンに劣っていませんが、生産性が悪いという欠点があります。また、大規模な設備が必要となるため、今のところ大きな普及には至っていません。高温素材との接触によって金型が酸化（劣化）しやすいなどの技術課題も残っており、今後の技術発展と普及が期待されます。

　以上、自動車用ハイテンについて説明しました。自動車におけるハイテンの適用効果や、成形性発現メカニズムなどをご理解いただけたなら幸いです。次回は、鉄鋼材料の検査／試験方法について説明します。

⇒ 連載バックナンバーはこちら