鋼板的沖壓成形方法

　　【專利說明】

　　[0001] 本申請是申請日為2012年1月12日、申請號為201280005259. 4、發明名稱為"鋼 板的沖壓成形方法"的專利申請的分案申請。

　　技術領域

　　[0002] 本發明涉及鋼板的沖壓成形方法。

　　【背景技術】

　　[0003] 在機動車用等的沖壓成形部件中存在各種形狀的沖壓成形部件，在上述的部件 的沖壓成形中，通常將深拉深成形（deepdrawing)、鼓凸成形（bulging)、拉伸翻邊成形 (stretchflanging)、彎曲成形（bending)等多個成形要素組合。在上述的部件中，作為沖 壓成形困難的部件，例如存在圖8所示的門內板（doorinner)那樣在主體的底部具有凸 狀或凹狀的鼓凸部A的部件。在這樣的部件中，在深拉深成形的成形后期，將鼓凸部A鼓 凸成形。作為此種沖壓成形部件，除了門內板之外，還列舉出門外板（doorouter)、前支柱 (frontpillar)、中央支柱（centerpillar)、后底板（rearfloor)、側門框（sidesill) 等。需要說明的是，深拉深成形是使材料流入沖模內而進行成形的方法，鼓凸成形是使沖模 內的材料延伸而進行成形的方法。

　　[0004] 通常，在生產上述的部件的沖壓工廠中，為了確保生產率，而以10mm/sec以上的 快的成形速度進行沖壓成形，在追求高生產率的機動車部件的沖壓工廠中，大多以70_/ sec左右的高速的成形速度進行沖壓成形。需要說明的是，這里所說的成形速度是指從沖頭 與坯料接觸而實際開始成形到成形結束為止的平均成形速度。

　　[0005] 近些年，在機動車領域中，為了提高燃料利用率而削減二氧化碳的排出量，在沖壓 成形部件中使用高強度鋼板（hightensilesteelsheet)來使車身輕量化的研宄正積極 地進展。在一部分的沖壓成形部件中也使用抗拉強度為980MPa級以上的高強度鋼板。

　　[0006] 眾所周知，鋼板的強度越增加，延性越降低，且沖壓成形性也降低。因此，為了能夠 將強度更高的鋼板適用于更寬范圍的沖壓成形部件，從材料方面出發，強度?延性平衡優良 的高強度鋼板的開發不斷進展，從加工技術的方面出發，使沖壓成形界限提高的沖壓成形 方法的開發不斷進展。

　　[0007] 作為至今為止開發出的強度?延性平衡優良的高強度鋼板，列舉出由鐵 素體相和馬氏體相構成的DP(dualphase)鋼板、具有殘留奧氏體相變誘發塑性的 TRIP(transformationinducedplasticity)型的鋼板等（例如，參照非專利文獻1)。最 近，作為強度?延性平衡更優良的高強度鋼板，還開發出為TRIP型且以貝氏體鐵素體為母 相的TBF(tripaidedbainiticferrite)鋼板（例如，參照非專利文獻2)。

　　[0008] 另一方面，作為提高沖壓成形界限的沖壓成形方法，提出有：使沖頭部的鋼板溫度 為常溫以下且使防皺部的鋼板溫度為150°c以上來進行沖壓成形的方法（例如，參照專利 文獻1);以TRIP型的鋼板為對象，使沖模肩部的模具溫度為150°C~200°C，且使沖頭肩部 的模具溫度為_30°C~0°C來進行沖壓成形的方法（例如，參照專利文獻2)。專利文獻1、2 所記載的方法中都進行深拉深成形，且都確認了通過防皺部或沖模肩部的局部的熱溫成形 產生的深拉深成形界限的提高效果。

　　[0009] 另外，使用TBF鋼板，進行調查成形溫度對沖壓成形性（鼓凸性、深拉深性、拉伸翻 邊性）產生的影響的各試驗，發現了存在鼓凸性、深拉深性及拉伸翻邊性比冷溫提高的熱 溫溫度區域，并報告該試驗結果（例如，參照非專利文獻3)。非專利文獻3所記載的試驗中， 使鼓凸性試驗和拉伸翻邊性試驗以與實際的沖壓工廠中的成形速度（70mm/sec左右）相 比相當慢的lmm/min(0. 017mm/sec)的成形速度進行。深拉深性試驗以200mm/min(3. 3mm/ sec)的成形速度進行。

　　[0010] 【在先技術文獻】

　　[0011] 【專利文獻】

　　[0012] 【專利文獻1】日本特開2001-246427號公報

　　[0013]【專利文獻2】日本特開2007-111765號公報

　　[0014]【非專利文獻】

　　[0015]【非專利文獻1】小宮幸久著，"機動車用鋼鐵材料的現狀和動向"，R&D神戶制鋼技 報，Vol. 52,No. 3 (2002 年 12 月），p. 2 ~5

　　[0016] 【非專利文獻2】柏谷康二、向井陽一著，"合金元素及退火條件對TRIP型貝氏體 鐵素體鋼板的機械的性質產生的影響"，R&D神戶制鋼技報，Vol. 57,No. 2(2007年8月）， p. 27 ~30

　　[0017]【非專利文獻3】杉本公一等著，"超高強度低合金TRIP型貝氏體鐵素體鋼板的熱 溫成形性"，鐵和鋼，Vol. 91，No. 2 (2005年2月），p. 34~40

　　[0018]【發明的概要】

　　[0019]【發明要解決的課題】

　　[0020] 包含上述的深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的沖壓成形部件大多在被進行鼓 凸成形的鼓凸部處產生裂紋，從而期望沖壓成形性的提高。該鼓凸部處的裂紋在鋼板的強 度越高時越容易產生，從而也成為阻礙沖壓成形部件的高強度化的主要原因。

　　[0021] 另外，如圖8所示的門內板等部件那樣，在主體的底部具有鼓凸部且在深拉深成 形的成形后期進行鼓凸成形的沖壓成形部件實際上難以進行使用高強度鋼板的沖壓成形， 使用鋼板的高強度化不太有進展。

　　[0022] 為了提高包含這樣的深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的沖壓成形部件的沖壓 成形性，且還為了推進這樣的沖壓成形部件中使用的鋼板的高強度化，考慮采用專利文獻 1、2及非專利文獻3所記載的那樣的熱溫成形法，但未報告出以可確保高生產率的IOmm/ sec以上的快的成形速度對這樣的部件進行熱溫成形的例子。本發明諸發明者確認了如在 后面的表7(a)、（b)中作為比較例所示那樣，這樣的沖壓成形部件即使使用強度?延性平衡 優良的高強度鋼板，在高速的成形速度（70mm/sec)下也無法進行熱溫成形。

　　【發明內容】

　　[0023] 因此，本發明的第一課題在于，能夠以可確保高生產率的lOmm/sec以上的快的成 形速度對包含深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的沖壓成形部件進行沖壓成形。

　　[0024] 另外，本發明的第二課題在于，抑制生產率的降低，且能夠將包含深拉深成形和鼓 凸成形的沖壓成形部件由高強度鋼板進行沖壓成形。

　　[0025] 【用于解決課題的手段】

　　[0026] 為了解決上述第一課題，本發明的第一形態采用一種鋼板的沖壓成形方法，其包 括至少一次深拉深成形工序和至少一次鼓凸成形工序，且使各成形工序中的成形速度為 lOmm/sec以上，所述鋼板的沖壓成形方法的特征在于，以KKTC~250°C的熱溫進行所述至 少一次深拉深成形工序，以小于50°C的冷溫進行所述至少一次鼓凸成形工序。

　　[0027] 另外，為了解決上述第二課題，本發明的第二形態采用一種鋼板的沖壓成形方法， 其在深拉深成形的成形后期進行鼓凸成形，所述鋼板的沖壓成形方法的特征在于，使所述 鋼板的沖壓成形中的溫度為100°c~350°C，且使進行所述鼓凸成形的成形后期的成形速 度比不進行鼓凸成形的成形前期的成形速度慢。

　　[0028] 本發明諸發明者使鋼板的溫度和成形速度變化，并使用圓筒沖頭和沖模來進行深 拉深性試驗和鼓凸性試驗。供試還料為板厚I. 4mm的980MPa級TBF鋼板，在鼓凸性試驗中， 使坯料直徑變大，并且使防皺力變大，以免材料流入沖模內。試驗條件如以下這樣。

　　[0029] (試驗條件）

　　[0030] 沖頭直徑：50mm(肩半徑：5mm)

　　[0031] 沖模直徑：54mm(肩半徑：7mm)

　　[0032] 坯料直徑：105mm(深拉深性試驗），150mm(鼓凸性試驗）

　　[0033] 防皺力：12tonf(深拉深性試驗），20tonf(鼓凸性試驗）

　　[0034] 鋼板溫度：20 °C~350 °C

　　[0035] 成形速度：0?lmm/sec，5mm/sec，10mm/sec，70mm/sec

　　[0036] 圖9(a)、（b)分別表示上述深拉深性試驗和鼓凸性試驗的結果。根據上述的試驗 結果，在深拉深性試驗中，幾乎未看到成形速度的影響，且在100°c~250°C的熱溫區域中， 成形界限高度比室溫的冷溫提高。另一方面，對于鼓凸性試驗，在低速的〇.lmm/sec的成形 速度下，即使提高鋼板溫度，成形界限高度也不太降低，在超過250°C的溫度區域中，成形界 限高度提高，相對于此，在高速的70mm/sec的成形速度中，隨著試驗溫度的上升而成形界 限高度降低。

　　[0037] 圖10是相對于成形速度而將上述鼓凸性試驗中的成形界限高度繪圖而成的曲線 圖。由該曲線圖可知，以350°C的熱溫進行鼓凸成形的鋼板伴隨成形速度的增大而成形界限 高度降低，相對于此，以冷溫進行鼓凸成形的鋼板即使成形速度增大，成形界限高度也不太 降低，在lOmm/sec以上的成形速度下，以冷溫進行鼓凸成形的鋼板與以熱溫進行鼓凸成形 的鋼板相比，成形界限高度變高。

　　[0038] 基于通過這樣的試驗得到的見解，在本發明的第一形態中，以100°C~250°C的熱 溫進行至少一次深拉深成形工序，且以小于50°C的冷溫進行至少一次鼓凸成形工序，由此 能夠以可確保高生產率的lOmm/sec以上的快的成形速度對包含深拉深成形和鼓凸成形的 成形要素的沖壓成形部件進行沖壓成形。需要說明的是，這里定義的深拉深成形工序是指 深拉深成形占該工序中的成形要素的一多半的工序，鼓凸成形工序是指鼓凸成形占該工序 中的

　　成形要素的一多半的工序。

　　[0039] 通過使所述鋼板為在組織中含有3體積％以上殘留奧氏體的鋼板，由此成為強 度?延性平衡優良的鋼板，從而能夠進一步提高鼓凸成形界限。

　　[0040] 通過使含有3體積％以上所述殘留奧氏體的鋼板為以貝氏體鐵素為母相的鋼板， 由此成為強度?延性平衡更加優良的鋼板，從而能夠進一步提高鼓凸成形界限，能夠推進沖 壓成形部件的高強度化，且能夠使向沖壓成形部件的適用范圍擴大。

　　[0041] 對于含有3體積％以上所述殘留奧氏體的鋼板，通過在所述熱溫的深拉深成形工 序之后進行所述冷溫的鼓凸成形工序，由此能夠進一步提高冷溫的鼓凸成形工序中的成形 界限。

　　[0042] 本發明諸發明者使用殘留奧氏體量為3體積％以上的980MPa級TBF鋼板，進行在 以熱溫（100°C、20(TC)施加了拉伸的預應變之后以冷溫進行拉伸的拉伸試驗，與未施加預 應變而以冷溫或熱溫（100、200°C)進行拉伸的拉伸試驗的結果來比較總伸長率。拉伸試驗 片為板厚I. 4mm的JIS13號B試驗片，拉伸速度為高速的17mm/sec。

　　[0043] 圖11表示上述拉伸試驗的結果。根據上述的試驗結果，以熱溫施加了拉伸的預 應變的試驗片中，施加了預應變的總伸長率都比未施加預應變的冷溫拉伸試驗的總伸長率 大幅提高。需要說明的是，未施加預應變的熱溫拉伸試驗中的總伸長率比冷溫拉伸試驗的 總伸長率低。通過以熱溫施加拉伸的預應變而總伸長率提高的理由認為是，在以KKTC或 200 °C的熱溫施加了預應變時，僅通過母相的變形取得延伸率，在之后的冷溫拉伸時，能夠 充分利用保存的殘留奧氏體的塑性誘發相變而實現高延性。即，相對于未施加預應變的冷 溫拉伸試驗的總伸長率的提高量相當于熱溫的拉伸預應變時得到的母相的伸長率變形量。 根據這樣的試驗結果，對于殘留奧氏體量為3體積％以上的鋼板，在熱溫的深拉深成形工 序之后進行冷溫的鼓凸成形工序，由此能夠期待進一步提高冷溫的鼓凸成形工序中的成形 界限。

　　[0044] 通過在同一沖壓行程內進行所述熱溫的深拉深成形工序和所述冷溫的鼓凸成形 工序，由此能夠減少沖壓行程數。

　　[0045] 另外，基于通過所述試驗得到的見解，在本發明的第二形態中，使鋼板的沖壓成形 中的溫度為100°c~350°C，在這樣的溫度區域中，鼓凸成形伴隨成形速度的增大而成形界 限高度顯著降低，通過僅使進行該鼓凸成形的成形后期的成形速度比僅進行深拉深成形而 不受成形速度的影響的成形前期的成形速度慢，由此能夠抑制生產率的降低，從而能夠將 包含深拉深成形和鼓凸成形的沖壓成形部件由高強度鋼板進行沖壓成形。

　　[0046] 優選所述成形后期的成形速度為lOmm/sec以下，且優選所述成形前期的成形速 度為lOmm/sec以上。該成形速度的界限值基于圖10的試驗結果而得到，能夠使鼓凸成形 界限比冷溫提高。

　　[0047] 通過使所述鋼板的抗拉強度為980MPa以上，且優選使所述鋼板為在組織中含有3 體積％以上殘留奧氏體的鋼板，由此能夠成為強度?延性平衡優良的鋼板，從而能夠進一步 提高鼓凸成形界限。

　　[0048] 通過使含有3體積％以上所述殘留奧氏體的鋼板為以貝氏體鐵素為母相的鋼板， 由此成為強度?延性平衡更加優良的鋼板，從而能夠進一步提高鼓凸成形界限，能夠推進沖 壓成形部件的高強度化，且能夠使向沖壓成形部件的適用范圍擴大。

　　[0049] 【發明效果】

　　[0050] 本發明的鋼板的沖壓成形方法的第一形態中，以100°C~250°C的熱溫進行至少 一次深拉深成形工序，且以小于50°C的冷溫進行至少一次鼓凸成形工序。因此，能夠以可確 保高生產率的lOmm/sec以上的快的成形速度對包含深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的 沖壓成形部件進行沖壓成形。

　　[0051] 本發明的鋼板的沖壓成形方法的第二形態中，使鋼板的沖壓成形中的溫度為 KKTC~350°C，且使進行鼓凸成形的成形后期的成形速度比不進行鼓凸成形的成形前期的 成形速度慢。因此，能夠抑制生產率的降低，能夠將包含深拉深成形和鼓凸成形的沖壓成形 部件由高強度鋼板進行沖壓成形，能夠推進沖壓成形部件的高強度化，且能夠使向沖壓成 形部件的適用范圍擴大。

　　【附圖說明】

　　[0052] 圖1是表示實施本發明的鋼板的沖壓成形方法的沖壓模具的縱剖視圖。

　　[0053] 圖2是表示第一實施方式的沖壓成形方法中的沖壓成形工序的示意剖視圖。

　　[0054] 圖3是表示通過圖1的沖壓成形工序成形出的沖壓成形品的縱剖視圖。

　　[0055] 圖4是表示將圖1的沖壓成形工序的各工序中的成形進行到成形界限時的合計成 形高度與初期殘留奧氏體量的關系的曲線圖。

　　[0056] 圖5是表示第二實施方式的沖壓成形方法中的沖壓成形工序的示意剖視圖。

　　[0057] 圖6是表示第三實施方式的沖壓成形方法中的沖壓成形工序的示意剖視圖。

　　[0058] 圖7(a)、（b)、（c)是表示第四實施方式的沖壓成形方法中的沖壓成形工序的剖視 圖。

　　[0059] 圖8是表示包含深拉深成形和鼓凸成形的沖壓成形部件的例子的外觀立體圖。

　　[0060] 圖9(a)、（b)分別是表示深拉深性試驗和鼓凸性試驗的結果的曲線圖。

　　[0061] 圖10是表示圖6(b)的鼓凸性試驗中的成形速度與成形界限高度的關系的曲線 圖。

　　[0062] 圖11是表示以熱溫施加了預應變的拉伸試驗的結果的曲線圖。

　　【具體實施方式】

　　[0063] 以下，基于附圖，對本發明的實施方式進行說明。圖1表示實施本發明的鋼板的沖 壓成形方法的沖壓模具。該沖壓模具包括：在頭部形成有圓形凹部Ia的向上的圓筒沖頭1 ; 圓筒沖頭1所進入的向下的沖模2 ;將坯料B的凸緣部向沖模2按壓的防皺板3 ;朝向圓筒 沖頭1的凹部Ia的向下的球頭沖頭4。需要說明的是，圓筒沖頭1的直徑為50mm，且肩半 徑和凹部Ia的肩半徑為5mm，沖模2的直徑為54mm，且肩半徑為7mm，球頭沖頭4的直徑為 IOmm0

　　[0064] 圖2表示實施第一實施方式的沖壓成形方法的沖壓成形工序。該沖壓成形工序包 括以熱溫進行深拉深成形的第一工序；以冷溫進行鼓凸成形的第二工序。在所述第一工序 中，使圓筒沖頭1、沖模2及防皺板3升溫到規定的溫度，且使與上述的沖壓模具接觸的坯 料B的溫度也上升，之后使圓筒沖頭1向沖模2進入而以熱溫進行深拉深成形。坯料B可 以預先使用爐子等升溫到規定的溫度。在第二工序中，將圓筒沖頭1、沖模2、防皺板3及進 行深拉深成形后的杯狀的半成形品冷卻到室溫，之后使預先成為室溫的球頭沖頭4進入到 圓筒沖頭1的圓形凹部Ia中，在杯狀的半成形品的底部以冷溫進行凹狀的鼓凸成形。

　　[0065] 圖3表示這樣成形的鋼板的沖壓成形品。該沖壓成形品在被進行深拉深成形的主 體的底部鼓凸成形出凹狀的鼓凸部A。沖壓成形品的尺寸中，內徑D為50mm，深拉深成形高 度Hd為30mm，且鼓凸成形高度Hs可變。

　　[0066] 【實施例1】

　　[0067] 準備TBF鋼板和DP鋼板各兩種即合計四種鋼板。上述的鋼板的化學成分在表1 中示出，機械的特性和顯微組織結構在表2中示出。機械的特性通過使用了JIS13號B試 驗片的拉伸試驗求出，顯微組織中的殘留奧氏體量通過X射線衍射法測定。各鋼板都是板 厚為I. 4mm的980MPa級高強度冷軋鋼板。各TBF鋼板1、2的總伸長率和均勻伸長率都超 過各DP鋼板1、2,且強度-延性平衡也更優良。并且，殘留奧氏體量以TBF鋼板1、TBF鋼 板2、DP鋼板1、DP鋼板2的順序增多，且除了DP鋼板2之外都為3體積％以上。

　　【主權項】

　　1. 一種鋼板的沖壓成形方法，其包括至少一次深拉深成形工序和至少一次鼓凸成形 工序，且使各成形工序中的成形速度為lOmm/sec以上，所述鋼板的沖壓成形方法的特征在 于， 以100°C~250°C的熱溫進行所述至少一次深拉深成形工序，以小于50°C的冷溫進行 所述至少一次鼓凸成形工序， 使所述鋼板為在組織中含有3體積％以上的殘留奧氏體的鋼板， 在所述熱溫的深拉深成形工序之后進行所述冷溫的鼓凸成形工序。

　　2. 根據權利要求1所述的鋼板的沖壓成形方法，其特征在于， 使含有3體積％以上的所述殘留奧氏體的鋼板為以貝氏體鐵素體為母相的鋼板。

　　3. 根據權利要求1或2所述的鋼板的沖壓成形方法，其特征在于， 在同一沖壓行程內進行所述熱溫的深拉深成形工序和所述冷溫的鼓凸成形工序。

　　【專利摘要】在深拉深成形的成形后期對鼓凸部(A)進行鼓凸成形時，以100℃～250℃的熱溫進行深拉深成形工序，且以小于50℃的冷溫進行鼓凸成形工序，由此在被深拉深成形的杯狀的底部鼓凸成形出鼓凸部(A)，從而能夠以可確保高生產率的10mm/sec以上的快的成形速度對包含深拉深成形和鼓凸成形的成形要素的沖壓成形部件進行沖壓成形，通過使沖壓成形中的鋼板溫度為100℃～350℃，且使進行鼓凸成形的成形后期的成形速度比不進行鼓凸成形的成形前期的成形速度慢，由此防止鼓凸部(A)的裂紋，使沖壓成形界限提高，從而能夠將包含深拉深成形和鼓凸成形的沖壓成形部件由高強度鋼板進行沖壓成形。

　　【IPC分類】B21D22-26, B21D37-10, B21D37-16, B21D22-24, C22C38-00

　　【公開號】CN104690137

　　【申請號】CN201510065588

　　【發明人】山野隆行, 巖谷二郎, 木村高行, 淺井達也, 水田直氣

　　【申請人】株式會社神戶制鋼所

　　【公開日】2015年6月10日

　　【申請日】2012年1月12日

　　【公告號】CN103313807A, CN103313807B, US20130263637, WO2012096336A1