プレス硬化鋼 | 自動車用 PHS 鋼

プレス硬化鋼 (PHS) は、現代の製造業や自動車工学で広く使用されている高度な材料です。高い強度と優れた成形性で知られる PHS は、強力で軽量な構造を必要とする部品に最適な選択肢となっています。 

このガイドでは、プレス硬化鋼の基礎を詳しく説明し、その機械的特性、製造プロセス、用途、今日の産業における利点について説明します。

プレス硬化鋼とは何ですか?

プレス硬化鋼 (PHS) は、ホットスタンプ鋼またはホットフォーム鋼とも呼ばれ、超高強度材料の一種です。この鋼は、優れた強度対重量比と複雑な形状を形成できるという特徴があります。A ピラー、B ピラー、バンパー補強材、クロスメンバーによく使用されます。 

プレス硬化プロセスにより、従来の冷間成形法では困難または不可能であった複雑で耐久性のある部品を超高強度鋼で成形することが可能になります。

製造工程では、鋼板を約 900°C に加熱し、熱いうちに成形し、冷却した金型で急速に焼き入れします。この熱処理により、鋼の微細構造が完全にマルテンサイト状態になり、非常に高い強度と耐摩耗性が向上します。PHS の溶接も非常に効果的で、さまざまな接合技術との互換性も良好です。

プレス硬化鋼の化学成分

プレス硬化鋼は、主に低炭素のマンガン-ホウ素合金で構成されています。炭素含有量が比較的低いため、熱処理前に鋼が成形できるほどの延性を維持できます。マンガンが大量に添加されているため、効果的な溶接特性を維持しながら耐久性と堅牢性が向上します。

組成の重要な要素はホウ素であり、通常は 0.002% から 0.004% の範囲の少量で存在します。このわずかな添加でも大きな効果があり、鋼の硬化性が向上します。プレス硬化プロセス中、ホウ素は鋼がマルテンサイトに完全に変化することを保証します。マルテンサイトは、材料の並外れた強度と耐久性を担う微細構造です。

プレス硬化鋼の機械的性質

• 高い引張強度

プレス硬化鋼の引張強度は最大 2000 MPa に達するため、構造用途において最も強力な選択肢の 1 つとなります。

• 優れた降伏強度

典型的な降伏強度は約 1000 MPa で、鋼鉄は永久変形することなく重い荷重に耐えることができます。

• 耐久性と硬度

急速冷却によって実現される完全なマルテンサイト微細構造は、優れた硬度と耐摩耗性を提供し、厳しい条件下でも長期間の性能を保証します。

• 寸法精度と安定性

従来の鋼とは異なり、プレス硬化鋼は成形後の反発がほとんどまたはまったくありません。これにより、部品の寸法が正確に維持され、複雑なアセンブリに正しくフィットします。

• 温度依存成形性

高温になると、プレス硬化鋼は高度に成形可能となり、従来の冷間成形プロセスでは不可能だった複雑な形状やデザインの作成が可能になります。

プレス硬化プロセス

直接プロセス

ブランクは均一に約 900°C まで加熱され、鋼の微細構造が完全にオーステナイト化されます。ブランクが目的の温度に達すると、成形金型に素早く移されます。鋼は熱いうちに最終的な形状に成形されます。同時に、金型は材料を急速に冷却し、高強度のマルテンサイト微細構造を固定します。

このアプローチにより、複雑な部品設計が可能になり、部品全体にわたって材料特性を均一にすることができます。

間接プロセス

間接プロセスは、室温で鋼板を成形することから始まります。最初の成形後、鋼板はトリミングされ、ほぼ最終寸法に打ち抜かれます。次に、鋼板は再加熱され、冷却された金型で急速に急冷され、鋼板は完全に硬化した状態になります。

このプロセスは、複雑な形状の部品や、特殊なコーティングが必要な場合によく選択されます。

プレス硬化プロセスの重要なステップ

• 成形と焼入れ直接法では、ブランクは熱いうちに成形され、すぐに金型内で急冷されます。間接法では、最初に成形が行われ、その後再加熱と急冷が行われます。
• 冷却制御: 金型の冷却システムにより、鋼が急速かつ均一に冷却されます。この制御された冷却は、望ましい硬度と強度を実現するために重要です。

プレス硬化鋼の用途

プレス硬化鋼は、自動車産業、特に安全上重要な部品にとって重要な材料です。強度、寸法精度が高く、複雑な形状を形成できるため、耐衝突構造に最適です。主な用途は次のとおりです。

• AピラーとBピラー
• ドア補強材とサイドインパクトビーム
• クロスメンバーとルーフレール
• バンパーと衝突管理システム
• EVバッテリー保護部品

自動車業界におけるPHSのメリット

安全性の向上

PHS コンポーネントは、衝撃力を効率的に吸収および伝達することで、衝突性能を高めます。その高い強度により、A ピラーや B ピラーなどの安全上重要な構造が損なわれず、乗員の保護が向上します。

軽量構造

PHS の並外れた強度により、部品の薄型化と軽量化が可能になり、車両全体の重量軽減につながります。軽量化によりエネルギー効率が向上し、汚染物質が削減され、ますます厳しくなる規制要件を満たすことができます。

合理化された生産

PHS は複雑な形状の作成を容易にすることで、複数の部品や溶接の必要性を排除します。製造の簡素化により、組み立て時間が短縮され、車両構造の全体的な品質と一貫性が向上します。

時間の経過に伴うコスト効率

PHS には高度な製造方法が必要ですが、軽量でコンポーネントを統合できるため、材料を節約できます。さらに、PHS 部品の耐久性と長寿命により、車両のライフサイクル全体にわたってメンテナンスと交換のコストが削減されます。

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