CN103069041A - 镀锌钢板的热冲压方法 - Google Patents

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Abstract

在冷却镀锌钢板（W）时，在低于锌的沸点且在铁素体相变温度以上的温度区内，采用观测波长为1.4μm以上的发射率测定仪（4）测定镀锌钢板（W）表面的发射率的变化，在基于发射率的变化检测出合金化反应终止后，开始利用冲压淬火装置（2）的冲压及淬火。发射率测定仪（4）优选的是测定元件为InGaAs元件或温差电堆的发射率测定仪。

Description

镀锌钢板的热冲压方法
技术领域
本发明涉及热浸镀锌钢板及电镀锌钢板等镀锌钢板的热冲压方法。
背景技术
热冲压是用模具冲压被加热到Ac3点以上的高温的钢板，同时通过在模具内部进行骤冷来淬火的成形方法。根据热冲压，能够提高强度，同时确保形状稳定性。热冲压前段的钢板的加热多通过炉加热、近红外线加热、远红外线加热、感应加热、直接通电加热等来进行。
在该热冲压的原材料为镀锌钢板的情况下，在加热工序中将镀锌钢板加热到Ac3点以上、且低于锌的沸点的温度，实用上加热到900℃以下的温度。如果在该温度区进行加热，则镀锌层为熔化状态，进行铁向熔化锌的液相扩散。因此，在从加热终止到冲压开始的中间冷却工序中，如果熔化锌中的铁浓度为15%～30%，而且钢板的温度低于782℃，则进行锌-铁的合金化。通过该合金化生成的相为Γ相。
在进行镀锌钢板的热冲压时，因以下的理由，进行冲压的时机是重要的。如果以合金化反应开始前或刚开始后的状态进行镀锌钢板的冲压，则因未合金（合金化不充分）的熔化锌而产生钢的晶界脆化裂纹，不能形成制品。此外，即使不产生钢的晶界脆化裂纹，由于熔化锌粘附在模具的内表面，因而必须频繁进行模具的修理。另外，因制品表面的镀锌量不足而导致耐蚀性的下降，招来部件性能上的问题。因此，在镀锌钢板的热冲压中，希望于中间冷却工序中在合金化反应终止后进行冲压。
但是，由于镀锌钢板有多种多样，镀覆的种类、单位面积重量、板厚及尺寸等也多种多样，所以适当管理加热工序及中间冷却工序，以适当的时机开始冲压是不容易的。也就是说，以往，凭经验进行基于加热时间、加热温度、中间冷却时间及开始冲压的温度的管理，但很难准确地弄清楚合金化反应的终止。
还可考虑通过X射线衍射观察镀锌钢板表面，基于其结果检测合金化反应的终止，但为此需要大型的装置，增加设备费用。此外，在实施冲压这样的高温状态下的检测是困难的。此外，在目视观察时，特别是有因高温状态而使个人差别增大，不能进行稳定的管理的问题。
再有，专利文献1中公开了在将镀锌钢板于加热炉中加热到800℃～950℃后，用骤冷设备骤冷到500℃～730℃，接着进行冲压的方法。可是，该方法是以提高耐蚀性和耐疲劳特性为目标的特殊的技术，而且还需要骤冷设备，不能用于一般的镀锌钢板的热冲压。
此外，专利文献2中记载了基于光谱发射率观察制造Zn合金镀覆钢板时的Fe-Zn系合金反应的进展情况的方法。可是，采用专利文献2所记载的方法进行观察的温度区与热冲压中进行冲压的温度相比非常低。因此，在采用专利文献2所记载的方法时，不能检测热冲压的中间冷却工序中的镀锌钢板表面的状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-182608号公报
专利文献2：日本特开平7-55737号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于，提供一种能够在确实地使熔化锌消失后进行冲压及淬火的镀锌钢板的热冲压方法。
用于解决课题的手段
本发明人发现：在加热后的冷却时，采用规定观测波长的发射率测定仪在规定的温度区内测定镀锌钢板表面的发射率的变化，基于该发射率的变化能够检测合金化反应的开始、终止，即检测熔化锌的消失。然后，本发明人想到了以下所示的发明的诸方式。
（1）一种镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于，具有以下工序：
将镀锌钢板加热到低于锌的沸点且在奥氏体相变温度以上的温度的工序，
接着，冷却所述镀锌钢板的工序，
接着，对所述镀锌钢板进行冲压及淬火的工序；
在冷却所述镀锌钢板的工序中，在低于锌的沸点且在铁素体相变温度以上的温度区内，采用观测波长为1.4μm以上的发射率测定仪测定所述镀锌钢板表面的发射率的变化；
在基于所述发射率的变化而检测出合金化反应终止后，开始所述冲压及淬火。
（2）根据上述（1）所述的镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：连续地测定所述镀锌钢板表面的发射率。
（3）根据上述（1）或（2）所述的镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：作为所述发射率测定仪，采用测定元件为InGaAs元件或温差电堆的发射率测定仪。
（4）根据上述（1）～（3）中任一项所述的镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：
在测定所述镀锌钢板表面的发射率的变化时，
采用移动平均处理使由所述发射率测定仪测定的发射率平滑化，
接着，通过微分处理取得发射率的变化速度，
接着，将所述发射率的变化速度从负值变为正值的点判定为所述合金化反应的开始点，将然后从正值变为负值的点判定为所述合金化反应的终止点。
（5）根据上述（1）～（4）中任一项所述的镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：作为所述发射率测定仪，采用观测波长为8μm～40μm的发射率测定仪。
（6）一种镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：在具有上述（1）～（5）中任一项所述的热压方法中的加热所述镀锌钢板的工序和冷却所述镀锌钢板的工序的热冲压的离线试验装置中，设置上述（1）～（5）中任一项所述的发射率测定仪，进行采用所述发射率测定仪的测定，并基于所述发射率的变化而事先调查好从冷却开始到检测出合金化反应终止的合金化反应终止时间，在实施实际的热冲压的设备中，将所述合金化反应终止时间存储在控制机构中，在所述控制机构据此检测出达到所述合金化反应终止时间后，进行开始所述冲压及淬火的热冲压。
（7）一种镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：
在热冲压的离线试验装置中，进行上述（1）～（5）中任一项所述的热压方法中的加热所述镀锌钢板的工序和冷却所述镀锌钢板的工序，进而在冷却所述镀锌钢板的工序中，进行采用所述发射率测定仪的测定，并基于所述发射率的变化而事先调查好从冷却开始到检测出合金化反应终止的合金化反应终止时间；
将所述合金化反应终止时间存储在实施实际的热冲压的设备的控制机构中；
在所述设备中，具有以下工序，
将具有与所述镀锌钢板相同的组成的第2镀锌钢板加热到实质上与所述镀锌钢板的加热时相同的温度的工序，
接着，以实质上与所述镀锌钢板的冷却时相同的速度冷却所述第2镀锌钢板的工序，
接着，进行所述第2镀锌钢板的冲压及淬火的工序；
在冷却所述第2镀锌钢板的工序中，测定从冷却开始的经过时间；
在所述控制机构检测出所述经过时间达到所述合金化反应终止时间后，开始所述冲压及淬火。
发明的效果
根据本发明，能够与镀锌钢板的镀覆的种类、单位面积重量、板厚及尺寸等无关地确实把握合金化反应的终止。所以，能够在确实使熔化锌消失后进行冲压及淬火。
附图说明
图1是表示适合实施本发明的实施方式（1）～（5）的镀锌钢板的热冲压方法的设备的方块图。
图2是表示用热电偶测定的温度的变化及通过发射率的温度换算算出的温度的变化的曲线图。
图3是表示热电偶的温度测定值及采用各种观测波长的发射率测定仪的发射率的温度换算表示值的曲线图。
图4是在图3的曲线图中的观测波长为8μm～14μm时，将纵轴置换为发射率的变化速度的曲线图。
图5是表示适合实施本发明的实施方式（6）的镀锌钢板的热冲压方法的设备的方块图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示适合实施本发明的实施方式的镀锌钢板的热冲压方法的设备的方块图。
在该设备中，设有将镀锌钢板W加热到规定温度的加热装置1、通过放冷等对从加热装置1中取出的镀锌钢板W进行冷却的中间冷却部3及对在中间冷却部3中被冷却的镀锌钢板W进行冲压及淬火的冲压淬火装置2。另外，设有对位于中间冷却部3中的镀锌钢板W的表面的发射率进行测定的发射率测定仪4。
镀锌钢板W也可以为热浸镀锌钢板及电镀锌钢板中的任一种。再有，要在热冲压部件中得到与单位面积重量为45g/m2的冷冲压用合金化热浸镀锌钢板同等以上的耐蚀性，在热浸镀锌钢板时单位面积重量必须为50g/m2以上，在合金化热浸镀锌钢板时单位面积重量必须为60g/m2以上，在电镀锌钢板时单位面积重量必须为50g/m2以上，在合金化电镀锌钢板时单位面积重量必须为60g/m2以上。
作为热冲压的前段的加热装置1，能够采用通电加热、加热炉、近红外线加热、远红外线加热及感应加热等各种装置。在热冲压汽车用部件的情况下，优选采用通电加热装置。这是因为：通电加热装置紧凑，而且采用通电加热可得到快的加热速度，能够提高生产率，容易控制加热温度，能够对镀锌钢板均匀地进行加热。此外，加热装置1中的加热最高温度为Ac3点以上且低于锌的沸点，实用上为800℃～900℃的范围。关于镀锌钢板W的加热速度，10℃/秒以上且在200℃/秒以下是实用的，从提高生产率的观点出发，优选为20℃/秒～200℃/秒的范围。
如上所述，在该温度区（Ac3点以上且低于锌的沸点），通过铁向熔化锌的液相扩散进行铁及锌的合金化反应。这里，对在加热装置1中进行加热，然后在中间冷却部3中进行冷却时的热浸镀锌钢板的温度变化进行说明。热浸镀锌钢板的温度设定为用热电偶测定的，又设定为通过由发射率测定仪测定的发射率的温度换算而算出的。以下，有时将通过热电偶测定的温度称为“热电偶的温度测定值”，将通过由发射率测定仪测定的发射率的温度换算而算出的值称为“发射率的温度换算表示值”。发射率的温度换算表示值实质上与发射率的值及其变化同等。图2中示出了热电偶的温度测定值及发射率的温度换算表示值。图2中的实线表示从加热开始的热电偶的温度测定值的变化，单点划线表示采用从加热开始的观测波长为1.4μm～1.8μm的发射率测定仪时的发射率的温度换算表示值的变化。在此例子中，在从镀锌钢板的温度达到最高温度（大约880℃，从加热开始大约10秒钟时）后经过17秒钟左右时开始合金化反应，在从达到最高温度后经过25秒钟左右时合金化反应终止。另外，如图2所示，在发射率的温度换算表示值中，在合金化的开始点及终止点出现明确的变化，可以说在发射率测定仪的观测波长的变化与合金化的开始点及终止点之间具有相关关系。另一方面，在热电偶的温度测定值中，完全没有发现合金化反应的影响，不可能从该温度变化把握合金化反应的终止。
此外，如上所述，加热装置1中的加热速度从提高生产率的观点出发，优选比较高速的20℃/秒～200℃/秒的范围。另外，将把握合金化反应的终止的温度区规定为低于镀层中的锌的沸点且在钢板的铁素体相变温度以上。将把握合金化反应终止的温度区规定为低于镀层中的锌的沸点，是因为如果加热至沸点以上，则锌因从钢板表面蒸发而消失，也就变得不是镀锌钢板。将该温度区规定为钢板的铁素体相变温度以上，是为了通过在冲压淬火装置2中的淬火稳定地得到马氏体组织。为了通过淬火稳定地得到马氏体组织，需要在铁素体相变温度以上进行淬火，在低于铁素体相变温度时即使把握合金化反应的终止，也不能通过淬火稳定地得到马氏体组织。在图2的例子中，加热到低于锌的沸点的温度即大约880℃。其后的中间冷却工序中的合金化反应的终止温度大约为700℃，另一方面，大约在650℃发生铁素体相变。
在热浸镀锌钢板、合金化热浸镀锌钢板、电镀锌钢板、合金化电镀锌钢板中，锌的沸点尽管根据镀层中所含的其它金属元素的量而多少有些变化，但一般为908℃左右。此外，关于铁素体相变温度，在钢板的C量为适合热冲压时的0.18质量%～0.25质量%的范围时，尽管根据钢板的其它化学成分及加热装置1中的加热速度及加热温度等多少有些变化，但一般为650℃左右。
关于镀锌钢板的温度测定，一般采用热电偶或发射温度计来进行，但在采用发射温度计的温度测定中，与采用热电偶时相比，有时产生大约20℃左右的差别。
于是，本申请人着眼于发射率测定仪的观测波长及该波长时的发射率的温度换算表示值的变化。另外，在本实施方式中，在加热装置1中，在中间冷却部3取出加热到例如800℃～900℃的镀锌钢板W，利用观测波长为1.4μm以上的长波长的发射率测定仪4，更优选利用观测波长为8μm～40μm的发射率测定仪4，对在加热装置1中被加热的镀锌钢板W的表面的发射率进行测定。随着合金化反应的进展，镀锌钢板W的表面状态从液体向固体变化，物性发生变化。而且，红外线量随着这些变化而变化。在本实施方式中，欲用所述长波长的观测波长连续地检测这样的红外线量的变化作为发射率或发射率的温度换算表示值的变化，由此把握合金化反应的开始、终止及熔化锌的消失。
关于本实施方式中采用的发射率测定仪4，适合采用测定元件为InGaAs元件或温差电堆的发射率测定仪，特别优选的是能够较多地捕捉发射率的变化的温差电堆。此外，在测定元件为温差电堆时，观测波长的上限实用上为40μm。温差电堆是串联或并联连接多个热电偶而成的，是具有将热能变换成电能的功能的变换器，也称为热电堆。通过使多个小型的热电偶的热接点集中，能够高精度地测定热发射。
这样，在本实施方式中，为了检测合金化反应的开始及终止而采用观测波长为1.4μm以上的长波长的发射率测定仪4。图3中示出了热电偶的温度测定值及采用各种观测波长的发射率测定仪的发射率的温度换算表示值。图3中的虚线表示采用观测波长为0.8μm～1.1μm的短波长的发射率测定仪时的从加热开始的发射率的温度换算表示值的变化，单点划线表示采用观测波长为1.4μm～1.8μm的发射率测定仪时的从加热开始的发射率的温度换算表示值的变化，双点划线表示采用观测波长为8μm～14μm的发射率测定仪时的从加热开始的发射率的温度换算表示值的变化。如图3所示，采用观测波长为0.8μm～1.1μm的短波长的发射率测定仪时（虚线）的变化小，不能明确地捕捉合金化反应的开始点及终止点。与此相对照，在采用观测波长为1.4μm～1.8μm的发射率测定仪时（单点划线），合金化反应的开始点及终止点时的变化大，能够明确地将它们捕捉。此外，在采用观测波长为8μm～14μm的发射率测定仪时（双点划线），合金化反应的开始点及终止点时的变化更大，能够更明确地将它们捕捉。
此外，图4中示出了在图3的曲线图中的观测波长为8μm～14μm时，将纵轴置换为发射率的变化速度的曲线图。如图4所示，发射率的变化速度（实线）直到合金化反应的开始点大致恒定，在合金化反应的开始点加快，其后减小，从合金化反应的终止点再次大致恒定。也就是说，发射率的变化速度也在合金化反应的开始点及终止点有较大的变化。所以，只要将发射率的变化速度从恒定值转变增加的点判定为合金化反应的开始点，将其后转变成恒定值的点判定为合金化反应的终止点，就能够更明确地弄清楚合金化反应的终止点。该判定只要对通过移动平均处理等使发射率的测定值平滑化而得出的值进行微分处理就能够更加准确地把握。特别是在中间冷却部3的中间冷却工序中，只要将从负值变为正值的点作为合金化开始点，将其后从正值变为负值的点作为合金化终止点，就能够更准确地弄清楚合金化反应的终止点。
再有，移动平均处理是使时间序列数据平滑化的方法，例如，可以进行单纯移动平均处理。所谓单纯移动平均处理，是用于从最新的数据求出最靠近的n个数据的不加权的单纯的平均值的处理。如果随着时间增进而测量最新的数据，则在增加最新的数据的同时除去最旧的数据而重新求出n个的平均值。在单纯移动平均处理中，以后重复此一过程。即使在图4的曲线图的制作中也进行单纯移动平均处理，此时，每0.1秒采集来自发射率测定仪的数据，将移动平均处理的数据数规定为10个。再有，作为移动平均处理，也可以采用单纯移动平均处理以外的移动平均处理。
在本实施方式中，在这样检测了合金化反应的终止后，将镀锌钢板W送入冲压淬火装置2，在达到铁素体相变温度以上的温度的期间开始冲压及淬火。也就是说，在把握合金化反应的终止，确实使熔化锌消失后开始冲压及淬火。
因此，根据本实施方式，能够与镀锌钢板W的镀覆种类、单位面积重量、板厚及尺寸等无关地在合金化反应终止后开始冲压及淬火。所以，能够防止发生起因于未合金的熔化锌的钢晶界脆化裂纹。此外，还能够防止因熔化锌在冲压淬火装置2的模具的内表面上的粘附及镀锌量不足造成的耐蚀性的下降。特别是，只要将发射率变化速度从负值变为正值的点判定为合金化反应的开始点，将其后从正值变为负值的点判定为合金化反应的终止点，就可进行更准确的判定。
再有，如图1所示，也可以将发射率测定仪4的测定值输入给运算控制装置5，由运算控制装置5控制冲压淬火装置2的工作。
此外，在本发明中，在因设备、空间或成本方面的原因而不能在实施热冲压的设备中设置发射率测定仪4时，例如也可以在离线试验装置上安装发射率测定仪4，通过该离线试验装置，用与前述相同的方法事先调查好合金化反应终止时间，如图5所示，将该合金化反应终止时间存储在实施实际的热冲压的设备的运算控制装置5中，在冷却时测定从冷却开始的经过时间，在运算控制装置5检测出经过时间达到合金化反应终止时间后，开始冲压及淬火。根据该方法，即使不进行利用发射率测定仪4的实际测定，也能够在使熔化锌确实消失后进行热冲压。再有，在实施该方法时，将离线试验装置中的加热温度及加热后的冷却速度规定为与实施实际的热冲压的设备中的相同。但是，即使不将实际设备中的加热温度及冷却速度控制在与离线试验装置中的加热温度及冷却速度严格相同，只要控制在实质上相同，即使多少有些偏差也可得到所希望的效果。例如，只要使实际设备中的加热温度在离线试验装置中的加热温度的±10℃的范围内，使实际设备中的冷却速度在离线试验装置中的冷却速度的±2℃的范围内，就能得到所希望的效果。
再有，上述实施方式都只不过是实施本发明时的具体化的例子，不能由此限定性地解释本发明的技术范围。也就是说，能在不脱离本发明的技术思想或其主要特征的情况下，以多种形式实施本发明。
产业上的可利用性
本发明例如能够用于车体等所用的镀锌钢板的相关产业。

Claims (7)

1.一种镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：具有以下工序，
将镀锌钢板加热到低于锌的沸点且在奥氏体相变温度以上的温度的工序，
接着，冷却所述镀锌钢板的工序，
接着，对所述镀锌钢板进行冲压及淬火的工序；
在冷却所述镀锌钢板的工序中，在低于锌的沸点且在铁素体相变温度以上的温度区内，采用观测波长为1.4μm以上的发射率测定仪测定所述镀锌钢板表面的发射率的变化；
在基于所述发射率的变化而检测出合金化反应终止后，开始所述冲压及淬火。
2.根据权利要求1所述的镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：连续地测定所述镀锌钢板表面的发射率。
3.根据权利要求1或2所述的镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：作为所述发射率测定仪，采用测定元件为InGaAs元件或温差电堆的发射率测定仪。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：
在测定所述镀锌钢板表面的发射率的变化时，
采用移动平均处理使由所述发射率测定仪测定的发射率平滑化，
接着，通过微分处理取得发射率的变化速度，
接着，将所述发射率的变化速度从负值变为正值的点判定为所述合金化反应的开始点，将然后从正值变为负值的点判定为所述合金化反应的终止点。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：作为所述发射率测定仪，采用观测波长为8μm～40μm的发射率测定仪。
6.一种镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：
在具有权利要求1～5中任一项所述的热压方法中的加热所述镀锌钢板的工序和冷却所述镀锌钢板的工序的热冲压的离线试验装置中，设置权利要求1～5中任一项所述的发射率测定仪，进行采用所述发射率测定仪的测定，并基于所述发射率的变化而事先调查好从冷却开始到检测出合金化反应终止的合金化反应终止时间，在实施实际的热冲压的设备中，将所述合金化反应终止时间存储在控制机构中，在所述控制机构据此检测出达到所述合金化反应终止时间后，进行开始所述冲压及淬火的热冲压。
7.一种镀锌钢板的热冲压方法，其特征在于：
在热冲压的离线试验装置中，进行权利要求1～5中任一项所述的热压方法中的加热所述镀锌钢板的工序和冷却所述镀锌钢板的工序，进而在冷却所述镀锌钢板的工序中，进行采用所述发射率测定仪的测定，并基于所述发射率的变化而事先调查好从冷却开始到检测出合金化反应终止的合金化反应终止时间；
将所述合金化反应终止时间存储在实施实际的热冲压的设备的控制机构中；
在所述设备中，具有以下工序，
将具有与所述镀锌钢板相同的组成的第2镀锌钢板加热到实质上与所述镀锌钢板的加热时相同的温度的工序，
接着，以实质上与所述镀锌钢板的冷却时相同的速度冷却所述第2镀锌钢板的工序，
接着，进行所述第2镀锌钢板的冲压及淬火的工序；
在冷却所述第2镀锌钢板的工序中，测定从冷却开始的经过时间；
在所述控制机构检测出所述经过时间达到所述合金化反应终止时间后，开始所述冲压及淬火。
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