CN107000017A - 热冲压成形品的评价方法和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种热冲压成形品的评价方法，其为对于对在基底钢板的表面形成有Zn‑Ni镀层的表面处理钢板实施热冲压成形而制造的热冲压成形品进行评价的热冲压成形品的评价方法，其使用计算机进行下述步骤，该评价方法具备分析模型设定步骤、成形条件设定步骤、成形分析步骤和评价步骤，在评价步骤中，使用预先求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关，对在成形条件设定步骤中设定的成形条件下制造的热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度进行评价。

Description

热冲压成形品的评价方法和制造方法

技术领域

本发明涉及热冲压成形品[hot stamped part]的评价方法和制造方法，特别是涉及对在基底钢板[steel sheet]的表面形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板[coated steelsheet]实施热冲压成形而制造的热冲压成形品的评价方法和制造方法。

背景技术

近年来，要求汽车部件[automotive part]的高强度化[high-strengthening]、薄壁化[thinning]。因此，正在推进汽车部件中使用的钢板的高强度化，但与此相伴，冲压成形性[press-formability]降低，难以将钢板加工成所期望的部件形状。

作为解决这种问题的技术，已知有如下的热冲压成形技术：将钢板加热至高温后，使用模具[tool of press forming]冲压成形为所期望的形状，并且在模具内除热[heatremoval]而进行淬火[quenching]，得到高强度的冲压成形品。

例如，在专利文献1中提出了如下技术：在将加热至900℃左右的奥氏体单相[single phase]区的钢板(坯料板[blank sheet])进行冲压成形而制造规定形状的部件时，在冲压成形的同时在模具内进行淬火，由此实现部件的高强度化。

但是，专利文献1中提出的技术存在如下问题：在冲压成形前将坯料板加热至900℃左右的高温时，在坯料板表面生成铁氧化物[iron oxide](以下，也称为氧化皮[oxidedscale])，该氧化皮在冲压成形时发生剥离而损伤模具，或者损伤冲压成形后的部件表面。另外，残留在部件表面的氧化皮也是导致外观不良、涂装密合性[coating adhesion]降低的原因。因此，通常进行酸洗[pickling]、喷砂[shot blasting]等处理将部件表面的氧化皮除去，但这些处理导致生产率的降低。

此外，汽车的行走系统部件[suspension part]、车身结构构件[automotive bodypart]等还需要优良的耐腐蚀性[corrosion resistance]。但是，专利文献1中提出的技术中使用的坯料板上未设置镀层等防锈覆膜[rust preventive coating]，因此，按照该技术制造的成形部件的耐腐蚀性变得不充分。

基于上述理由，期望能够在冲压成形前的加热时抑制氧化皮的生成、并且提高热冲压成形品的耐腐蚀性的热冲压成形技术。针对这样的期望，提出了使用在表面设置有镀层等覆膜的表面处理钢板进行热冲压成形的技术。

例如，在专利文献2中提出了如下技术：将由Zn或Zn基合金被覆的表面处理钢板加热至700～1200℃后，进行冲压成形，由此得到在表面具备Zn-Fe基化合物或Zn-Fe-Al基化合物的成形部件。另外，在该专利文献2中记载了：通过使用由Zn或Zn基合金被覆的表面处理钢板，能够抑制在成形前的加热时成为问题的表面处理钢板的表面的氧化，而且能够得到耐腐蚀性优良的成形部件。

根据专利文献2中提出的技术，认为在成形部件的表面生成的氧化皮在一定程度上得到抑制。但是，这种情况下，会发生由镀层中的Zn引起的液态金属脆裂[liquid metalembrittlement cracking]，有时在成形部件的表层部产生深度约100μm的裂纹[crack]。若产生这样的裂纹，则会引发成形品的耐疲劳特性[fatigue resistance]降低等各种故障。

作为解决上述问题的技术，在专利文献3中提出了如下技术：将在基底钢板表面形成有Zn-Fe系镀层的表面处理钢板加热至基底钢板的Ac₁相变点[Ac₁transformationtemperature]以上且950℃以下的温度，将表面处理钢板冷却至镀层的凝固点[freezingpoint]以下的温度后，开始成形。另外，在该专利文献3中记载了：通过将表面处理钢板冷却至镀层的凝固点以下的温度后开始冲压成形，能够抑制液态金属脆裂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：英国专利第1490535号公报

专利文献2：日本特开2001-353548号公报

专利文献3：日本特开2013-91099号公报

发明内容

发明所要解决的问题

根据专利文献3中提出的技术，认为能够抑制液态金属脆裂、即产生在成形品的表面、从镀层-钢基[substantial steel](基底钢板)界面朝向钢基内部方向的深度为约100μm并在破裂部的界面检测到Zn的裂纹的产生。

对于这种液态金属脆裂的抑制，本发明人研究了：使用具有在Zn中含有约9质量％～约25质量％的Ni的Zn-Ni合金镀层作为高熔点[fusing point]的镀层的表面处理钢板来进行热冲压成形。在此，着眼于Zn-Ni合金镀层的理由如下所述。即，Zn-Ni合金的平衡状态图[phase equilibrium diagram]中存在的γ相的耐腐蚀性优良，并且熔点为860℃以上，与通常的Zn系镀层相比非常高，即使在通常的热冲压成形条件下，也能够有效地抑制液态金属脆裂的发生。

但是，已知在利用使用了Zn-Ni合金镀层的表面处理钢板制造的成形品的表面，不产生上述的液态金属脆裂，而是产生从镀层-钢基界面朝向钢基内部方向的深度为约30μm以下并在破裂部的界面未检测到Zn的微小裂纹[minuscule crack]。该微小裂纹也称为微裂纹，贯穿镀层-钢基界面而到达钢基的内部，对成形品的耐疲劳特性等各种特性造成不利影响。

在此，以往已知的液态金属脆裂在例如使用冲模[die]和冲头[punch]成形帽形断面形状[hat cross-sectional shape]的冲压成形品时在如纵壁部的冲头接触侧表面那样仅产生拉伸应变[tensile strain]的部位[portion]也发生。另一方面，微裂纹在这样的部位不会产生，而是在纵壁部的冲模接触侧表面、特别是在成形中与冲模的肩部[shoulder]的R角部[R-portion]终止点接触的部位这样在弯曲[bending]压缩[compression]后承受弯曲恢复[bend restoration]拉伸应变的部位产生。因此，推测液态金属脆裂与微裂纹的产生机理不同。

在专利文献3的技术中，认为能够抑制形成有Zn-Fe系镀层的表面处理钢板中的液态金属脆裂的发生，但对于形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板中的微裂纹没有任何考虑。因此，可以说专利文献3的技术对于抑制微裂纹的产生未必有效。

另外，如上所述，微裂纹的深度为约30μm以下的微小尺寸，因此，在评价所制造的冲压成形品中是否产生了微裂纹时，需要例如从冲压成形品的各部位切出试验片、利用扫描型电子显微镜[scanning electron microscope(SEM)]等进行观察的繁杂劳动。因此，从生产率和成本的方面考虑，利用该方法对热冲压成形品中的微裂纹的产生进行评价是不现实的。因此，利用简易的方法对使用形成有Zn-Ni系镀层的表面处理钢板制造的热冲压成形品中的微裂纹进行评价、并且制造抑制了微裂纹的产生的热冲压成形品的技术的开发成为课题。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供在将在表面形成有Zn-Ni系镀层的表面处理钢板加热后进行冲压成形而制造的热冲压成形品中利用简易的方法对热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度进行评价的热冲压成形品的评价方法、以及抑制了使疲劳寿命劣化的微裂纹的产生的热冲压成形品的制造方法。

用于解决问题的方法

本发明人对于抑制在将Zn系镀覆钢板进行热冲压成形时成为问题的微裂纹的方法进行了研究。

热冲压成形中的微裂纹的产生机理并不明确，但在高温下对Zn系镀覆钢板进行冲压成形的情况下，在镀覆钢板的表面产生微裂纹，另外，在对Zn-Ni镀覆钢板进行冲压成形的情况下，也同样地在镀覆钢板的表面产生微裂纹。该微裂纹是从镀层-钢基(基底钢板)界面起的深度为30μm以下的微小裂纹，其贯穿镀层-钢基界面而到达钢基内部。

本发明人通过热冲压成形制造热冲压成形品，从该热冲压成形品的各种部位切出试验片，测定微裂纹深度h，并且对该试验片进行疲劳试验[fatigue test]，调查各试验片中得到的疲劳寿命[fatigue life]与微裂纹深度h的关系。

在此，如图4所示，微裂纹深度h设定为从试验片(热冲压成形品11)的镀层23与钢基(基底钢板)25的界面至微裂纹21的前端的距离。

结果发现，微裂纹深度h为20μm以下时，即使试验片存在微裂纹，也可实现与不存在微裂纹的试验片相比毫不逊色的疲劳寿命。

另外，本发明人利用制造上述热冲压成形品时的成形条件实施了热冲压成形的计算机模拟[computer simulation](热冲压成形分析[hot press forming analysis])，求出成形下止点[bottom dead center]处的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变[equivalent plastic strain]，调查了表层部的各部位的等效塑性应变的分析值与微裂纹深度的测定值的相关。

需要说明的是，在此所述的微裂纹深度的测定值是在与成形分析中模型化后的热冲压成形品的单元对应的部位实际测定的微裂纹深度的最大值。

结果可知，如图5所示，在表层部的各部位的等效塑性应变的分析值与微裂纹深度的测定值之间观察到相关。另外，得到了如下见解：使用上述的相关时，可以根据通过成形分析求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变对在与成形分析中使用的成形条件相同的条件下制造的热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度进行评价。

进一步得到了如下见解：基于根据成形分析中得到的等效塑性应变评价的微裂纹的最大深度来判定成形条件的适当与否，并在判定为适当的成形条件下制造热冲压成形品，由此，可以制造耐疲劳特性优良的热冲压成形品。

本发明是基于该见解而完成的，具体而言具备下述构成。

(1)一种热冲压成形品的评价方法，其为对于对在基底钢板的表面形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板实施热冲压成形而制造的热冲压成形品进行评价的评价方法，其使用计算机进行下述步骤，

该评价方法具备：

设定上述热冲压成形品的分析模型的分析模型设定步骤；

设定上述热冲压成形的成形条件的成形条件设定步骤；

在上述成形条件下进行利用上述分析模型的成形分析，算出上述热冲压成形品的表层部的等效塑性应变的成形分析步骤；和

基于上述等效塑性应变，对在上述成形条件下制造的热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度进行评价的评价步骤，

在上述评价步骤中，使用预先求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关。

(2)如上述(1)所述的热冲压成形品的评价方法，其中，

在上述评价步骤中评价的微裂纹的最大深度为20μm以下的情况下，评价为在上述成形条件下制造的上述热冲压成形品的疲劳寿命的劣化在允许范围内，

在上述评价步骤中评价的微裂纹的最大深度超过20μm的情况下，评价为在上述成形条件下制造的上述热冲压成形品的疲劳寿命的劣化在允许范围外。

(3)如上述(1)或(2)所述的热冲压成形品的评价方法，其中，

上述热冲压成形品使用冲模和冲头进行成形而得到，并且为具有顶板部、纵壁部和凸缘部的帽形断面形状，

将上述评价步骤中评价的微裂纹的最大深度的评价部位设定为上述纵壁部中在成形中与上述冲模的肩部R角终止点接触的部位。

(4)如上述(1)～(3)中任一项所述的热冲压成形品的评价方法，其中，将上述成形分析步骤中的上述表层部设定为从上述热冲压成形品的表面起在深度方向上至30μm为止的区域。

(5)一种热冲压成形品的制造方法，其为对在基底钢板的表面形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板实施热冲压成形而制造的热冲压成形品的制造方法，

其具备：

设定上述热冲压成形品的分析模型的分析模型设定步骤；

设定上述热冲压成形的成形条件的成形条件设定步骤；

在上述成形条件下进行利用上述分析模型的成形分析，算出上述热冲压成形品的表层部的等效塑性应变的成形分析步骤；

基于上述等效塑性应变，对在上述成形条件下制造的热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度进行评价，根据上述评价出的微裂纹的最大深度来判定上述成形条件的适当与否的成形条件判定步骤；

在上述成形条件判定步骤中判定为上述成形条件适当的情况下，利用上述成形条件实际制造热冲压成形品的成形品制造步骤；和

在上述成形条件判定步骤中判定为上述成形条件不适当的情况下，对上述成形条件进行变更的成形条件变更步骤，

使用计算机进行上述分析模型设定步骤、成形条件设定步骤、成形分析步骤和成形条件判定步骤，并且

在上述成形条件变更步骤中变更了上述成形条件的情况下，在变更后的成形条件下再次进行上述成形分析步骤和上述成形条件判定步骤，

在上述成形条件判定步骤中，使用预先求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关。

(6)如上述(5)所述的热冲压成形品的制造方法，其中，

在上述成形条件判定步骤中评价的微裂纹的最大深度为20μm以下的情况下，判定为上述成形条件适当，

在上述成形条件判定步骤中评价的微裂纹的最大深度超过20μm的情况下，判定为上述成形条件不适当。

(7)如上述(5)或(6)所述的热冲压成形品的制造方法，其中，

上述热冲压成形品使用冲模和冲头进行成形而得到，并且为具有顶板部、纵壁部和凸缘部的帽形断面形状，

将上述评价步骤中评价的微裂纹的最大深度的评价部位设定为上述纵壁部中在成形中与上述冲模的肩部R角终止点接触的部位。

(8)如上述(5)～(7)中任一项所述的热冲压成形品的评价方法，其中，将上述成形分析步骤中的上述表层部设定为从上述热冲压成形品的表面起在深度方向上至30μm为止的区域。

发明效果

根据本发明，能够基于进行成形分析而求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变对微裂纹的最大深度进行评价，由此，即使不进行实际的冲压成形，也能够在不需要繁杂劳动的情况下利用简易的方法评价是否是疲劳寿命的劣化在允许范围内的热冲压成形品。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的一例的热冲压成形品的评价方法的说明图。

图2是帽形断面形状的热冲压成形品的说明图。

图3是对冲压成形方法的示例进行说明的图。

图4是对微裂纹深度的定义进行说明的图。

图5是表示等效塑性应变与微裂纹的最大深度的相关的一例的图。

图6是对由板厚方向的各积分点[integration point]处的等效塑性应变进行外推插补[extrapolation]而求出钢板表面的等效塑性应变的方法的示例进行说明的图。

图7是本发明的实施方式2的一例的热冲压成形品的制造方法的说明图。

图8是实施例的热冲压成形品的说明图。

具体实施方式

[实施方式1]

本发明的实施方式1的热冲压成形品的评价方法是进行将在基底钢板的表面形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板加热后进行冲压成形时的成形分析并基于该成形分析的结果对热冲压成形品的微裂纹的最大深度进行评价的方法。

在此，如图1所示，本发明的实施方式1的热冲压成形品的评价方法具备分析模型设定步骤(S1)、成形条件设定步骤(S3)、成形分析步骤(S5)和评价步骤(S7)。

以下，对热冲压成形品和上述各步骤(S1～S7)进行详细说明。需要说明的是，这些步骤使用计算机来进行。

<热冲压成形品>

本实施方式1中作为对象的热冲压成形品11例如如图2所示形成具有顶板部13、纵壁部15和凸缘部17的帽形断面形状。

如前所述，得到了如下见解：在这种形状的热冲压成形品11中，在纵壁部15中与冲压成形所使用的冲模的肩部R角终止点4接触的部位、即随着冲压成形的进行从凸缘部17经由冲模的肩部R角部而形成纵壁部15的部位的表面这样的、在冲模肩R角部被弯曲压缩而承受压缩应变[compressive strain]后在纵壁部发生弯曲恢复而承受拉伸应变的部位产生微裂纹。

<分析模型设定步骤>

分析模型设定步骤(S1)是设定作为对象的坯料板的特性等而制作热冲压成形品的分析模型的步骤。

作为坯料板的特性，有板厚、形状、热物性值[thermal properties](比热[specific heat]、热导率[thermal conductivity]等)、机械物性值[mechanicalproperties](杨氏模量[Young’s modulus]、应力-应变曲线[stress-strain curve]等)。在热冲压成形中，坯料板的温度在冲压成形中发生变化，因此，热物性值、机械物性值等优选设定为依赖于温度的数据。

另外，为了对冲压成形中使用的模具与坯料板的接触所产生的传热[heattransfer]进行分析，将模具与坯料板的接触热阻[contact thermal resistance]提供给分析模型。另外，为了考虑模具内部的热传导[heat conduction]，将模具材料的热物性值(比热、热导率等)也提供给分析模型，但这些特性优选设定为温度依赖数据。

热冲压成形品的分析模型例如为利用三维分析[three-dimensional analysis]用壳单元[shell element]等进行模型化的模型。

在使用壳单元将热冲压成形品模型化的情况下，为了算出热冲压成形品的应变，需要在作为原材料的坯料板的板厚方向上设定积分点。微裂纹是深度为30μm以下的微小裂纹，因此，在本实施方式1中，优选以使在板厚方向上设定的积分点中最靠近坯料板表面的积分点的位置为30μm以下的方式设定板厚方向的积分点数。

板厚方向的积分点的位置根据对热冲压成形分析中的数值积分[numericalintegral]设定的积分点数而不同。例如，数值积分使用高斯-勒让德求积法[Gauss-Legendre quadrature]时，在积分点数为5的情况下，距坯料板表面最近的最表层的积分点的位置位于从坯料板表面起为板厚的5％的靠近板厚方向的中心的位置。另外，在积分点数为7的情况下，位于从坯料板表面起为板厚的2.5％的靠近板厚方向的中心的位置。使积分点数大于7时，最表层的积分点位于进一步靠近坯料板表面的位置。

即，在坯料板的板厚为1.2mm的情况下，积分点数为5时，最表层的积分点位置距该坯料板的表面为60μm，与此相对，积分点数为7时，最表层的积分点位置距该坯料板的表面为30μm。因此，在板厚为1.2mm的坯料板的情况下，为了使最表层的积分点位置为30μm以下，使积分点数为7以上即可。

<成形条件设定步骤>

成形条件设定步骤(S3)是设定热冲压成形中的成形条件的步骤。

作为成形条件，冲压成形方法很重要，作为冲压成形方法，例如有图3(a)所示的深拉成形[deep drawing]、图3(b)所示的碰撞成形[crash forming]等。

在此，深拉成形是在利用冲模3和压边圈[blank holder]5夹持坯料板1的状态下进行冲压成形的方法。压边圈5对坯料板1的按压力(压边力[blank holding force])是深拉成形中的冲压成形条件之一。

碰撞成形是在成形开始时将压边圈5配置在不与坯料板1接触的成形下止点位置，在不利用压边圈5对坯料板1进行压边的状态下进行冲压成形的方法。需要说明的是，符号4为冲模的肩部R角终止点。

作为其他成形条件，可以列举冲模3的位移-时间曲线[displacement-timecurve]、坯料板1的加热温度等。通过考虑由加热装置对坯料板1的加热和从加热装置[heating device]至冲压机[press machine]的输送中发生的冷却所引起的坯料板1的温度历程[temperature history]，能够更详细地对热冲压成形进行分析，但在实用上仅给出冲压成形开始时的坯料板1的初期温度作为成形条件就足够了。

因此，在该成形条件设定步骤中，设定冲压成形开始时的坯料板1的初期温度，并设定是否考虑坯料板1的温度历程。

<成形分析步骤>

成形分析步骤(S5)是在上述成形条件设定步骤(S3)中设定的成形条件下进行利用上述分析模型设定步骤(S1)中设定的分析模型的成形分析的步骤。

在此，成形分析例如可以使用基于有限元法(FEM)[finite element method]的结构分析[structural analysis]软件来进行。

通过进行成形分析，算出成形下止点处的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变。需要说明的是，该等效塑性应变是在板厚方向的各积分点位置求出的。

需要说明的是，在本成形分析步骤中算出等效塑性应变，其中，作为表层部，优选设定为从热冲压成形品的表面起在深度方向上至30μm为止的区域。

<评价步骤>

评价步骤(S7)是基于上述成形分析步骤(S5)中算出的热冲压成形品11的表层部的等效塑性应变，对在上述成形条件下制造的热冲压成形品中产生的微裂纹最大深度进行评价的步骤。

而且，在该评价步骤中，基于上述成形分析步骤中算出的等效塑性应变，使用预先求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关来进行微裂纹的最大深度的评价是重要的。

图5示出了热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关的一例。

在此，图5是相对于通过成形分析在模型化后的热冲压成形品的各种壳单元中在位于距表面30μm的位置的积分点处得到的等效塑性应变(横轴)、将在实际制造的热冲压成形品中与上述壳单元对应的位置处的一定范围的部位测定的微裂纹深度的最大值(纵轴)进行作图而得到的图。

需要说明的是，在此作为对象的热冲压成形品成为图8所示的形状。另外，作为原材料的表面处理钢板以及成形分析和制造中使用的成形条件为与后述的实施例1的表1的No.1相同的条件。

在此，成形分析中算出的热冲压成形品11的表层部的等效塑性应变根据板厚方向的位置而有所不同，在本实施方式1中，作为该表层部的等效塑性应变，使用(A)最靠近热冲压成形品11的表面(优选位于从表面起30μm以内的同一深度位置)的积分点处的等效塑性应变的值、或者(B)将板厚方向的各积分点处的等效塑性应变的值进行外推插补[extrapolation]而求出的热冲压成形品11的表面的等效塑性应变的值中的任意一者。

在(A)的情况下，板厚方向的积分点中最靠近热冲压成形品11的表面的积分点的位置优选设定为从热冲压成形品11的表面起30μm以内。

如上述分析模型设定步骤(S1)中所说明的那样，列举表面处理钢板的板厚为1.2mm的情况为例时，为了使板厚方向的积分点中最靠近表面的积分点的位置为从热冲压成形品11的表面起30μm以内，需要使积分点数为7以上。在积分点数少于7的情况下，距表面最近的积分点的位置为相距30μm以上的位置。

另一方面，在(B)的情况下，如图6所示，对板厚方向的各积分点处的等效塑性应变进行外推插补，求出热冲压成形品11的表面的等效塑性应变。作为通过外推插补求出热冲压成形品11的表面的等效塑性应变的方法，有对板厚方向的积分点中靠近热冲压成形品11的表面的2个点(积分点1和积分点2)的值进行线性插补[linear interpolation](图6(a))、或者对板厚方向的积分点中靠近热冲压成形品11的表面的3个点(积分点1、积分点2和积分点3)的值进行二次插补[secondary interpolation](图6(b))等的方法，但通过外推插补得到的等效塑性应变的值没有大的差异，因此可以使用任意一种方法。

但是，通过上述(A)和(B)的方法求出的等效塑性应变的值是不同的。因此，需要根据成形分析步骤中的等效塑性应变的计算方法，利用上述(A)或(B)的方法预先求出热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关。

进而，如上所述，进行从实际制造的热冲压成形品11的各部位切出的试验片中的微裂纹深度的测定，并且对该试验片进行疲劳试验，调查疲劳寿命与微裂纹深度的关系。

结果，得到了如下见解：微裂纹深度为20μm以下的微裂纹不会使热冲压成形品11的疲劳寿命劣化。

基于该见解，在本评价步骤中，能够对在上述成形分析步骤中设定的成形条件下制造的热冲压成形品11的疲劳寿命进行评价。

即，在本评价步骤中评价的微裂纹的最大深度为20μm以下的情况下，可以评价为在上述成形条件下制造的热冲压成形品11的疲劳寿命的劣化在允许范围内。

另一方面，在本评价步骤中评价的微裂纹的最大深度超过20μm的情况下，可以评价为在上述成形条件下制造的热冲压成形品11的疲劳寿命的劣化在允许范围外。

需要说明的是，在本评价步骤中，可以通过成形分析求出成形下止点处的热冲压成形品11整体的表层部的等效塑性应变，由此，对微裂纹的最大深度进行评价，但容易产生微裂纹的部位是在冲压成形过程中坯料板1承受弯曲和弯曲恢复变形的热冲压成形品11的纵壁部15，特别是纵壁部15中由图2中的圆圈A包围的、在成形中与冲模的肩部R角终止点接触的部位。

因此，在上述成形分析步骤中，限定于帽形断面形状的热冲压成形品11的纵壁部15中在成形中与冲模的肩部R角终止点接触的部位的附近的表层部来求出等效塑性应变，在本评价步骤中，即使根据上述成形分析步骤中求出的等效塑性应变对热冲压成形品11中产生的微裂纹的最大深度进行评价，在实用上也没有问题，能够削减该评价所花费的劳动。

[实施方式2]

本发明的实施方式2涉及热冲压成形品的制造方法，在对在基底钢板的表面形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板(坯料板)实施热冲压来制造热冲压成形品时，确定能够抑制导致疲劳寿命降低的微裂纹的产生的成形条件，在该成形条件下实际制造热冲压成形品。

在此，如图7所示，本发明的实施方式2的热冲压成形品的制造方法具备分析模型设定步骤(S1)、成形条件设定步骤(S3)、成形分析步骤(S5)、成形条件判定步骤(S7’)、成形条件变更步骤(S9)和成形品制造步骤(S11)。

需要说明的是，在这些步骤中，分析模型设定步骤(S1)、成形条件设定步骤(S3)、成形分析步骤(S5)和成形条件判定步骤(S7’)使用计算机来进行。

在实施方式2中，分析模型设定步骤、成形条件设定步骤和成形分析步骤与上述实施方式1相同，因此，以下对成形条件判定步骤、成形条件变更步骤、成形品制造步骤进行详细说明。另外，实施方式2中作为对象的热冲压成形品11也与上述实施方式1相同，因此，在此省略说明。

<成形条件判定步骤>

成形条件判定步骤(S7’)是基于通过成形分析步骤(S5)得到的热冲压成形品11的表层部的等效塑性应变的值对微裂纹最大深度进行评价，根据该评价出的微裂纹最大深度来判定成形条件设定步骤中设定的成形条件的适当与否的步骤。

例如，在评价出的微裂纹最大深度为20μm以下的情况下，判定为成形条件设定步骤中设定的成形条件适当，在评价出的微裂纹最大深度超过20μm的情况下，判定为该成形条件不适当。

另外，在该成形条件判定步骤中，与上述评价步骤同样，在对微裂纹的最大深度进行评价时，使用预先求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关是重要的。

需要说明的是，作为本成形条件判定步骤中使用的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变，使用(A)最靠近热冲压成形品11的表面(优选位于从表面起30μm以内的同一深度位置)的积分点处的等效塑性应变的值(图6(a))、或者(B)将板厚方向的各积分点处的等效塑性应变的值进行外推插补而求出的热冲压成形品11的表面的等效塑性应变的值(图6(b))中的任意一者。

但是，通过上述(A)和(B)的方法求出的等效塑性应变的值是不同的。因此，需要根据成形分析步骤中的等效塑性应变的计算方法，利用上述(A)或(B)的方法预先求出热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关。

需要说明的是，在本成形条件判定步骤中，可以通过成形分析求出成形下止点处的热冲压成形品11整体的表层部的等效塑性应变，由此，对微裂纹的最大深度进行评价，但容易产生微裂纹的部位是在冲压成形过程中坯料板1承受弯曲和弯曲恢复变形的热冲压成形品11的纵壁部15，特别是纵壁部15中由图2中的圆圈A包围的、在成形中与冲模的肩部R角终止点接触的部位。

因此，在上述成形分析步骤中，限定于帽形断面形状的热冲压成形品11的纵壁部15中在成形中与冲模的肩部R角终止点接触的部位的附近的表层部来求出等效塑性应变，在本成形条件判定步骤中，即使根据上述成形分析步骤中求出的等效塑性应变对热冲压成形品11中产生的微裂纹的最大深度进行评价来判定成形条件的适当与否，在实用上也没有问题，能够削减该评价所花费的劳动。

<成形条件变更步骤>

成形条件变更步骤(S9)是在上述成形条件判定步骤(S7’)中判定为成形条件不适当、即不足以抑制导致疲劳寿命降低的微裂纹的产生的情况下对成形条件进行变更的步骤。

需要说明的是，在上述成形条件变更步骤(S9)中变更了上述成形条件的情况下，在变更后的成形条件下再次进行上述成形分析步骤(S5)和上述成形条件判定步骤(S7’)，反复进行上述成形条件变更步骤(S9)、上述成形分析步骤(S5)和上述成形条件判定步骤(S7’)直至在上述成形条件判定步骤(S7’)中判定为成形条件适当为止。

作为要变更的成形条件，例如有冲压成形方法、压边力、加热后的钢板的冲压成形中使用的冲模的位移-时间曲线、冲压成形开始的钢板的初期温度等。

<成形品制造步骤>

成形品制造步骤(S11)是在上述成形条件判定步骤(S7’)中判定为适当的成形条件下实施热冲压成形来实际制造热冲压成形品的步骤。

例如，该成形品制造步骤是对在基底钢板的表面形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板(坯料板1)实施热冲压成形的步骤，其具备：利用冲模3、压边圈5和冲头7对加热至Ac₃相变点以上且1000℃以下的温度范围的坯料板1进行冲压成形的冲压成形步骤；和在将上述坯料板1用模具夹持的状态下保持并对上述坯料板1进行淬火的淬火步骤。

在此，作为热冲压成形品的原材料(坯料板1)，使用在基底钢板的表面设置有Zn-Ni镀层的表面处理钢板。通过在钢板表面设置Zn-Ni镀层，能够确保热冲压成形品的耐腐蚀性。

在基底钢板的表面形成Zn-Ni镀层的方法没有特别限定，可以为热浸镀[hot dipcoating]、电镀[electroplating]等中的任意一种方法。镀层的附着量优选设定为每单面10g/m²以上且90g/m²以下。

另外，镀层中的Ni含量优选设定为9质量％以上且25质量％以下。特别是在利用电镀法在基底钢板的表面形成Zn-Ni镀层的情况下，通过将镀层中的Ni含量设定为9质量％以上且25质量％以下，可形成具有Ni₂Zn₁₁、NiZn₃、Ni₅Zn₂₁中的任意一种结晶结构[crystalstructure]的γ相。该γ相的熔点高，因此，在抑制冲压成形前的坯料板1的加热时所担心的镀层的蒸发的方面变得有利。另外，对于抑制在热冲压成形中成为问题的液态金属脆裂也变得有利。

坯料板1优选加热至Ac₃相变点以上且1000℃以下的温度范围。坯料板1的加热温度低于Ac₃相变点时，加热时无法得到适当量的奥氏体，在冲压成形时存在铁素体，由此难以在热冲压成形后得到充分的强度或难以确保良好的形状冻结性[dimensional accuracyof a part after springback]。另一方面，坯料板1的加热温度超过1000℃时，由于镀层的蒸发[evaporation]和表层部的氧化物的过度生成，耐氧化性[resistance to oxidation]和热冲压成形构件的耐腐蚀性降低。因此，加热温度优选设定为Ac₃相变点以上且1000℃以下。更优选为Ac₃相变点+30℃以上且950℃以下。

需要说明的是，表面处理钢板1的加热方法没有特别限定，可以为利用电炉[electric heating furnace]、感应加热炉[induction heating furnace]、直流通电加热炉[direct current furnace]进行的加热等中的任意一种方法。

另外，关于冲压成形方法也没有特别限定，可以优选使用如图3(a)所示在利用冲模3和压边圈5夹持坯料板1的状态下进行成形的深拉成形、或者如图3(b)所示进行成形的碰撞成形等。需要说明的是，从抑制微裂纹的观点出发，优选纵壁部的加工度小的碰撞成形。

另外，可以使用垫片[pad]。

需要说明的是，关于所使用的冲压机没有特别限定，在改变滑块的移动速度的情况下和进行使滑块[slide]暂时停止这样的控制的情况下，使用伺服冲压机[servo press]即可。

上述的淬火步骤是在将坯料板1用模具夹持的状态下保持于成形下止点而进行淬火的步骤。为了在冲压成形后利用模具进行淬火，优选在冲压成形后在成形下止点使滑块停止。停止时间根据模具的除热量而不同，优选设定为3秒以上。

需要说明的是，关于作为热冲压成形品的原材料使用的坯料板1，对其制造条件没有特别限制。对于基底钢板的制造条件也没有特别限定，例如可以使用具有规定的成分组成[component composition]的热轧钢板[hot rolled steel sheet](酸洗钢板[pickledsteel sheet])、通过对热轧钢板实施冷轧而得到的冷轧钢板[cold rolled steel sheet]作为基底钢板。

在基底钢板的表面形成Zn-Ni镀层而制成坯料板1时的条件也没有特别限定。在使用热轧钢板(酸洗钢板)作为基底钢板的情况下，通过对热轧钢板(酸洗钢板)实施Zn-Ni镀覆处理，能够制成坯料板1。

另一方面，在使用冷轧钢板作为基底钢板的情况下，通过在冷轧后实施Zn-Ni镀覆处理，能够制成坯料板1。

例如，在基底钢板的表面形成Zn-Ni镀层的情况下，对基底钢板进行脱脂[alkaline cleaning]、酸洗后，在含有100g/L以上且400g/L以下的硫酸镍六水合物、10g/L以上且400g/L以下的硫酸锌七水合物的pH1.0以上且3.0以下、浴温30℃以上且70℃以下的镀浴中以10A/dm²以上且150A/dm²以下的电流密度[current density]进行电镀处理，由此能够在基底钢板的表面形成Zn-Ni镀层。需要说明的是，在使用冷轧钢板作为基底钢板的情况下，可以在上述脱脂、酸洗之前对冷轧钢板实施退火处理[annealing]。关于镀层中的Ni含量，通过将硫酸锌七水合物的浓度和电流密度在上述的范围内适当调节，能够设定为所期望的Ni含量(例如，9质量％以上且25质量％以下)。另外，关于Zn-Ni镀层的附着量，通过调节通电时间，能够设定为所期望的附着量(例如，每单面10g/m²以上且90g/m²以下)。

如上所述，与实施方式1同样地进行成形分析，基于成形下止点处的热冲压成形品11的表层部的等效塑性应变的值对导致疲劳寿命降低的微裂纹的产生的有无进行评价，在评价为不产生该微裂纹的成形条件下实际制造热冲压成形品11，由此，能够抑制导致疲劳寿命降低的微裂纹的产生而制造热冲压成形品。

实施例

以下，对用于确认本发明的热冲压成形品的评价方法的效果的实施例进行说明。

本实施例是对使用长度400mm、宽度200mm、板厚1.2mm的坯料板制造的、具备顶板部33、纵壁部35和凸缘部37的帽形断面形状的热冲压成形品31(参考图8)中产生的微裂纹的最大深度进行评价的实施例。

在此，坯料板使用Zn-12％Ni镀覆表面处理钢板(Ni含量12质量％)，镀层的附着量设定为40g/m²。

将该坯料板在电加热炉内加热至900℃，在900℃保持60秒钟后，将该坯料板输送至冲压机中，在达到700℃的时刻开始热冲压成形。冲压成形时，将坯料板在成形下止点保持20秒钟进行淬火，然后脱模[die release]，得到热冲压成形品31。

将本实施例的成形条件示于表1。冲压成形方法设定为进行利用压边圈5的压边的深拉成形(图3(a))或者将压边圈5固定于成形下止点的位置、在冲压成形中不实施压边的碰撞成形(图3(b))这两种，在深拉成形中，将压边力设定为100kN。

[表1]

接着，将所得到的热冲压成形品31在长度方向中央在垂直于长度方向的断面切断，测定在纵壁部35中热冲压成形品31的表侧(冲模侧)产生的微裂纹深度h。

在此，如图4所示，微裂纹深度h设定为从镀层23与钢基(基底钢板)25的界面至微裂纹21的前端的距离，使用扫描型电子显微镜(SEM)进行测定(倍率1000倍)。

需要说明的是，在深拉成形和碰撞成形中的任意一种冲压成形方法中，测到最大的微裂纹深度(微裂纹的最大深度)的部位均为纵壁部35中的在成形中与冲模的肩部R角终止点接触的部位(图8中由圆圈A包围的部位)，确认到该部位的微裂纹比纵壁部35的其他部位的微裂纹加深的倾向。

表2中示出微裂纹的最大深度的实测结果。如表2所示，深拉成形时的微裂纹的最大深度为24μm，是担心产生疲劳寿命的劣化的20μm以上。另一方面，碰撞成形时的微裂纹的最大深度为17μm，是几乎不会产生因微裂纹引起的疲劳寿命的劣化的20μm以下的水平。

接着，基于本发明的热冲压成形品的评价方法，对热冲压成形品31中产生的微裂纹的最大深度进行评价。

首先，作为分析模型设定步骤(S1)，将上述热冲压成形品利用壳单元(单元尺寸2mm×2mm)进行模型化。作为热冲压成形品的原材料的坯料板的板厚方向的积分点在各壳单元的中心设定7个点。另外，上述坯料板和冲压成形中使用的模具的热物性值、机械特性设定为温度依赖数据。

接着，作为成形条件设定步骤(S3)，设定表1所示的各条件作为成形条件，作为冲压成形方法，应用深拉成形(图3(a))或碰撞成形(图3(b))。

在此，在深拉成形的情况下(图3(a))，在以100kN的恒定值的压边力将坯料板1用压边圈5和冲模3夹持的状态下按压到冲头7而进行冲压成形。

另一方免，在碰撞成形的情况下(图3(b))，将压边圈5固定于成形下止点的位置，不用压边圈5和冲模3夹持坯料板1。

作为成形分析步骤(S5)，在上述的成形条件下实施成形分析。

该成形分析是将传热分析[thermal analysis]与结构分析[structuralanalysis]耦合的热-结构耦合分析[thermal/structural coupled analysis]，但在本实施例中，对于坯料板的加热和从加热装置至冲压机的输送中的冷却不进行传热分析，在热冲压成形开始时使坯料板的温度达到700℃。另外，在深拉成形或碰撞成形中的任意一种冲压成形方法中，热冲压成形分析均进行至成形下止点，求出该成形下止点处的热冲压成形品31的表层部的等效塑性应变ε。

接着，作为评价步骤(S7)，基于上述中求出的成形下止点处的纵壁部35的表侧(冲模接触侧)最表层的等效塑性应变(最靠近热冲压成形品31的冲模接触侧表面的积分点处的等效塑性应变)的最大值，对该部位的微裂纹的最大深度进行评价。

表2中示出利用成形分析得到的等效塑性应变的最大值以及微裂纹的最大深度的评价值和测定值。

在此，表2中的等效塑性应变的最大值为从热冲压成形品31的表面起在深度方向上位于30μm的位置的积分点处的等效塑性应变的最大值。另外，微裂纹的最大深度的评价值根据上述等效塑性应变的最大值使用图5所示的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品的微裂纹的最大深度的相关来进行评价。

[表2]

在任意一种成形条件下，等效塑性应变达到最大的部位均为纵壁部35中在成形中与冲模3的肩部R角终止点接触的部位(图8中由圆圈A包围的部位)。

另外，在应用No.1的成形条件的情况下，等效塑性应变的最大值为0.32，利用图5所示的相关评价而得到的微裂纹的最大深度(评价值)为22.2μm。因此，可以评价为在No.1的成形条件下制造的热冲压成形品31中产生使疲劳寿命降低的微裂纹。

另一方面，在应用No.2的成形条件的情况下，等效塑性应变的最大值为0.28，利用图5所示的相关评价而得到的微裂纹的最大深度(评价值)为18.3μm。因此，可以评价为在No.2的成形条件下制造的热冲压成形品31中未产生使疲劳寿命降低的微裂纹。

另外，根据利用成形分析算出的等效塑性应变评价而得到的微裂纹的最大深度与在实际制造的热冲压成形品31中测定的微裂纹的最大深度的倾向是一致的。此外，从在该成形条件下实际制造的热冲压成形品上裁取试验片并进行疲劳试验，结果，在No.1的成形条件下制造的热冲压成形品中观察到疲劳寿命的劣化，另一方面，在No.2的成形条件下制造的热冲压成形品中未观察到疲劳寿命的劣化。由此可知，本发明的热冲压成形品的评价方法是适当的。

由上可知，通过基于利用成形分析求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变对在该成形条件下制造的热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度进行评价，能够简易且适当地评价是否产生导致热冲压成形品的耐疲劳特性降低的微裂纹。

另外，与在各种热冲压成形条件下实际制造热冲压成形品并测定从该热冲压成形品切出的试验片的微裂纹深度的方法相比，能够简易且不需要大量的时间和费用地选出能够抑制导致疲劳寿命降低的微裂纹的产生的成形条件，并且，通过基于该成形条件实际地制造热冲压成形品，能够制造抑制了微裂纹的产生的耐疲劳特性优良的热冲压成形品。

标号说明

1 坯料板

3 冲模

4 冲模的肩部R角终止点

5 压边圈

7 冲头

11 热冲压成形品

13 顶板部

15 纵壁部

17 凸缘部

21 微裂纹

23 镀层

25 钢基(基底钢板)

31 热冲压成形品

33 顶板部

35 纵壁部

37 凸缘部

Claims (8)

1.一种热冲压成形品的评价方法，其为对于对在基底钢板的表面形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板实施热冲压成形而制造的热冲压成形品进行评价的评价方法，其使用计算机进行下述步骤，

该评价方法具备：

设定所述热冲压成形品的分析模型的分析模型设定步骤；

设定所述热冲压成形的成形条件的成形条件设定步骤；

在所述成形条件下进行利用所述分析模型的成形分析，算出所述热冲压成形品的表层部的等效塑性应变的成形分析步骤；和

基于所述等效塑性应变，对在所述成形条件下制造的热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度进行评价的评价步骤，

在所述评价步骤中，使用预先求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关。

2.如权利要求1所述的热冲压成形品的评价方法，其中，

在所述评价步骤中评价的微裂纹的最大深度为20μm以下的情况下，评价为在所述成形条件下制造的所述热冲压成形品的疲劳寿命的劣化在允许范围内，

在所述评价步骤中评价的微裂纹的最大深度超过20μm的情况下，评价为在所述成形条件下制造的所述热冲压成形品的疲劳寿命的劣化在允许范围外。

3.如权利要求1或2所述的热冲压成形品的评价方法，其中，

所述热冲压成形品使用冲模和冲头进行成形而得到，并且为具有顶板部、纵壁部和凸缘部的帽形断面形状，

将所述评价步骤中评价的微裂纹的最大深度的评价部位设定为所述纵壁部中在成形中与所述冲模的肩部R角终止点接触的部位。

4.如权利要求1～3中任一项所述的热冲压成形品的评价方法，其中，将所述成形分析步骤中的所述表层部设定为从所述热冲压成形品的表面起在深度方向上至30μm为止的区域。

5.一种热冲压成形品的制造方法，其为对在基底钢板的表面形成有Zn-Ni镀层的表面处理钢板实施热冲压成形而制造的热冲压成形品的制造方法，

其具备：

设定所述热冲压成形品的分析模型的分析模型设定步骤；

设定所述热冲压成形的成形条件的成形条件设定步骤；

在所述成形条件下进行利用所述分析模型的成形分析，算出所述热冲压成形品的表层部的等效塑性应变的成形分析步骤；

基于所述等效塑性应变，对在所述成形条件下制造的热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度进行评价，根据所述评价出的微裂纹的最大深度来判定所述成形条件的适当与否的成形条件判定步骤；

在所述成形条件判定步骤中判定为所述成形条件适当的情况下，利用所述成形条件实际制造热冲压成形品的成形品制造步骤；和

在所述成形条件判定步骤中判定为所述成形条件不适当的情况下，对所述成形条件进行变更的成形条件变更步骤，

使用计算机进行所述分析模型设定步骤、成形条件设定步骤、成形分析步骤和成形条件判定步骤，并且

在所述成形条件变更步骤中变更了所述成形条件的情况下，在变更后的成形条件下再次进行所述成形分析步骤和所述成形条件判定步骤，

在所述成形条件判定步骤中，使用预先求出的热冲压成形品的表层部的等效塑性应变与热冲压成形品中产生的微裂纹的最大深度的相关。

6.如权利要求5所述的热冲压成形品的制造方法，其中，

在所述成形条件判定步骤中评价的微裂纹的最大深度为20μm以下的情况下，判定为所述成形条件适当，

在所述成形条件判定步骤中评价的微裂纹的最大深度超过20μm的情况下，判定为所述成形条件不适当。

7.如权利要求5或6所述的热冲压成形品的制造方法，其中，

所述热冲压成形品使用冲模和冲头进行成形而得到，并且为具有顶板部、纵壁部和凸缘部的帽形断面形状，

将所述评价步骤中评价的微裂纹的最大深度的评价部位设定为所述纵壁部中在成形中与所述冲模的肩部R角终止点接触的部位。

8.如权利要求5～7中任一项所述的热冲压成形品的评价方法，其中，将所述成形分析步骤中的所述表层部设定为从所述热冲压成形品的表面起在深度方向上至30μm为止的区域。