JP2009082992A - 熱間成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも金型による成形性を向上させ、しかも成形後の強度に優れる製品を製造可能な熱間成形方法を提供する。
【解決手段】鋼板をＡ_C3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板を、金型１１に設けられたパンチ１４で部分的に支持し、金型１１を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で前記鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷する。そして、加熱後の鋼板は、金型１１に設けられたしわ押え部１２よりも上方へ突出させたパンチ１４に配置される
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車の構造部材、補強部材等の強度が必要とされる製品（部品）を製造するための熱間成形方法に係り、更に詳細には金型による鋼板の成形性を向上させ、成形後の強度に優れた製品を製造する熱間成形方法に関する。

従来、例えば、地球環境問題に端を発する自動車の燃費向上対策の一つとして、車体の軽量化が進められており、自動車に使用される鋼板をできるだけ高強度化することが必要となっている。
しかし、自動車の軽量化のために、一般に鋼板を高強度化していくと、伸びやｒ値（ランクフォード値）が低下し、成形性が低下していく。
このような課題を解決するため、例えば、特許文献１には、鋼板を温間で成形し、その際の熱を利用して強度上昇を図る技術が開示されている。なお、この技術では、鋼中成分を適切に制御した鋼板を使用し、この鋼板を２００〜８５０℃の温度域に保持して成形加工し、この温度域での析出強化を利用して鋼板の強度を上昇させることを狙っている。
また、特許文献２には、プレス成形の精度を向上させる目的で、温間プレス時での降伏強度を低く、常温での降伏強度を高くする高強度鋼板が提案されている。

しかし、これらの技術では、得られる強度に限界が生じる可能性があり、自動車に使用可能な強度を備えた鋼板を製造できない恐れがある。
そこで、より高い強度を得る目的で、特許文献３には、鋼板を成形した後に、これを高温のオーステナイト単相域まで加熱し、その後の冷却過程で硬質相に変態させる技術が開示されている。この方法は、金型間のクリアランスを制限し、その間隙に冷媒を導入することで成形後の製品の焼入れを行い、高強度で且つ形状凍結（形状保持）性に優れた製品を得ることができる方法である。

特開２０００−２３４１５３号公報 特開２０００−８７１８３号公報 特開２００２−２８２９５１号公報

しかしながら、特許文献３の実施例に示される角筒深絞り金型を使用して、例えば鋼板から打ち抜いた高温のブランク（中間製品）をプレスする場合、ブランクを金型に配置するため、金型への配置時点から成形が開始されるまでの間に、金型とブランクとが接触している部分の温度が低下し、延性が落ちてブランクに破断が生じることが多く、成形できる形状に制約が生じてしまう問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来よりも金型による成形性を向上させ、しかも成形後の強度に優れる製品を製造可能な熱間成形方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う請求項１記載の熱間成形方法は、鋼板をＡ_C3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板を、ダイ及びしわ押え部のいずれか一方からなる固定部材に間接的に配置し、該固定部材を有する金型を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で前記鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷する。
請求項１記載の熱間成形方法において、金型としては、例えば、しわ押え部が設けられていないダイ及びパンチを有するもの、またダイ、パンチ、及びしわ押え部を有するもの等がある。
また、例えば、ダイが下金型部、パンチが上金型部になる場合はダイが固定部材となり、またダイが上金型部、パンチが下金型部になる場合はしわ押え部が固定部材となる。

請求項２記載の熱間成形方法は、請求項１記載の熱間成形方法において、前記固定部材には、前記鋼板を部分的に支持可能な載置部材が設けられ、該載置部材を介して前記鋼板を支持する。
請求項２記載の熱間成形方法において、載置部材としては、鋼板との接触面積が固定部材よりも小さく、部分的に接触することができるものであればよく、例えば、棒状、円錐台状、円錐状のピン等を使用することができる。なお、鋼板を載置部材上に安定に支持するためには、載置部材を複数個使用することが好ましい。

請求項３記載の熱間成形方法は、請求項１記載の熱間成形方法において、前記固定部材の上側には、前記鋼板の温度低下を抑制する断熱部材が設けられ、該断熱部材を介して前記鋼板を支持する。
請求項３記載の熱間成形方法において、断熱部材としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、サイアロンなどのセラミック、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等を使用できる。

前記目的に沿う請求項４記載の熱間成形方法は、鋼板をＡ_C3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板の周辺端部を、ダイ及びしわ押え部のいずれか一方からなる固定部材で部分的に支持し、該固定部材を有する金型を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で前記鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷する。
請求項４記載の熱間成形方法において、金型としては、例えば、しわ押え部が設けられていないダイ及びパンチを有するもの、またダイ、パンチ、及びしわ押え部を有するもの等がある。
また、例えば、ダイが下金型部、パンチが上金型部になる場合はダイが固定部材となり、またダイが上金型部、パンチが下金型部になる場合はしわ押え部が固定部材となる。

請求項５記載の熱間成形方法は、請求項４記載の熱間成形方法において、前記固定部材の上側には、上方へ向かって拡径した受け部が設けられ、前記鋼板を前記受け部の内側に配置し、前記鋼板の周辺端部を前記受け部の内側面で部分的に支持する。
請求項５記載の熱間成形方法において、受け部の形状としては、例えば、すり鉢状等を意味する。

前記目的に沿う請求項６記載の熱間成形方法は、鋼板をＡ_C3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板を、金型に設けられたパンチで部分的に支持し、前記金型を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で前記鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷する。
請求項６記載の熱間成形方法において、金型としては、パンチが下金型部になるものを意味する。なお、この金型としては、例えば、しわ押え部が設けられていないダイ及びパンチを有するもの、またダイ、パンチ、及びしわ押え部を有するもの等がある。

請求項７記載の熱間成形方法は、請求項６記載の熱間成形方法において、前記加熱後の鋼板は、前記金型に設けられたしわ押え部よりも上方へ突出させた前記パンチに配置される。
請求項７記載の熱間成形方法において、金型としては、例えば、ダイ、パンチ、及びしわ押え部を有するものを意味する。

請求項８記載の熱間成形方法は、請求項１〜７記載の熱間成形方法において、前記鋼板は炭素を０．０５〜０．５５質量％、マンガンを０．１〜３質量％含有し、該鋼板の成形後の急冷は、マルテンサイト変態が生じる冷却速度以上の速度で、且つマルテンサイト変態の開始温度まで行う。
請求項８記載の熱間成形方法において、成形を行う鋼板として、炭素を０．０５〜０．５５質量％、マンガンを０．１〜３質量％含有するものを使用することで、成形後に例えば、構造部材、補強部材等に使用可能な高張力鋼（ハイテンともいう）にできる。
また、マルテンサイト変態が生じる冷却速度としては、例えば、２０℃／秒以上、好ましくは３０℃／秒以上の速度である。
そして、急冷は、マルテンサイト変態の開始温度（例えば、４００℃程度）以下まで行っているが、より確実に成形後の強度を高めるには、急冷をマルテンサイト変態の終了温度（例えば、３００℃程度）以下まで行うことが好ましい。
なお、鋼板としては、鋼板の強度、靱性、その他の特性を向上させるため、炭素、マンガン以外の元素であるアルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、アンチモン（Ｓｂ）、タングステン（Ｗ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、希土類元素（ＲＥＭ）などの元素を目的に応じて最適化したもの、更に金属組織や析出物などを最適化したもの等も使用できる。

請求項９記載の熱間成形方法は、請求項１〜８記載の熱間成形方法において、前記金型のダイは、熱伝導率が鋼と同等又は鋼よりも大きい材料で構成され、前記鋼板の成形後の急冷は、前記ダイに前記鋼板の成形部位を接触させて行う。
請求項９記載の熱間成形方法において、熱伝導率が鋼と同等の材料としては、例えば、軟鋼、硬鋼等を使用でき、また、熱伝導率が鋼よりも大きい材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、黄銅等を使用できる。

前記した請求項１〜９記載の熱間成形方法において、鋼板の成形性と成形後の強度を高めるため、鋼板を、その組織がオーステナイト単相域となるＡ_C3点以上融点以下の温度範囲に加熱してオーステナイト変態させている。なお、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で鋼板の成形を開始することで、鋼板の延性が良好な状態で成形を実施できる。

請求項１及びこれに従属する請求項２、３、８、９記載の熱間成形方法は、鋼板を固定部材に間接的に配置しているので、鋼板と固定部材との直接接触を防止し、金型への鋼板の配置時点から成形が開始されるまでの間に生じる鋼板の温度低下を抑制することができ、鋼板の成形性を向上させることができる。
また、鋼板を成形した後、高温の状態から急冷することで、製品の硬度を高め、成形後の強度に優れる製品を製造できる。
特に、請求項２記載の熱間成形方法は、鋼板が固定部材に設けられた載置部材で部分的に支持されているので、簡単な構成で鋼板と固定部材との直接接触を防止できる。
請求項３記載の熱間成形方法は、鋼板が固定部材の上側に設けられた断熱部材を介して支持されているので、簡単な構成で鋼板と固定部材との直接接触を防止できる。

請求項４及びこれに従属する請求項５、８、９記載の熱間成形方法は、鋼板の周辺端部が固定部材で部分的に支持されているので、鋼板と固定部材の大部分との直接接触を防止し、金型への鋼板の配置時点から成形が開始されるまでの間に生じる鋼板の温度低下を抑制することができ、鋼板の成形性を向上させることができる。
また、鋼板を成形した後、高温の状態から急冷することで、製品の硬度を高め、成形後の強度に優れる製品を製造できる。
特に、請求項５記載の熱間成形方法は、固定部材に設けられた受け部を使用して鋼板を支持するので、簡単な構成で鋼板の周辺端部の支持ができる。

請求項６及びこれに従属する請求項７〜９記載の熱間成形方法は、鋼板を、金型に設けられたパンチで部分的に支持しているので、例えば、金型が有するパンチの大部分と鋼板との直接接触を防止し、金型への鋼板の配置時点から成形が開始されるまでの間に生じる鋼板の温度低下を抑制することができ、鋼板の成形性を向上させることができる。
また、鋼板を成形した後、高温の状態から急冷することで、製品の硬度を高め、成形後の強度に優れる製品を製造できる。
特に、請求項７記載の熱間成形方法は、鋼板を、金型が有するしわ押え部よりも上方へ突出させたパンチで部分的に支持しているので、鋼板としわ押え部との直接接触を防止でき、鋼板の成形性を向上させることができる。

請求項８記載の熱間成形方法は、鋼板の成分を規定し、この鋼板の急冷をマルテンサイト変態が生じる冷却速度以上の速度で、且つマルテンサイト変態の開始温度まで行うので、鋼板の成形後の硬度を高めることができる。
請求項９記載の熱間成形方法は、熱伝導率が鋼と同等又は鋼よりも大きい材料で構成された金型のダイに、鋼板の成形部位を接触させて急冷するので、成形から急冷処理までを連続的に行うことができ、作業性が良好で、しかも品質を更に高めた製品を製造できる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱間成形方法を適用する金型の部分側断面図である。 同金型の使用状態を示す説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同金型に設けられたしわ押え部の平面図、部分側断面図である。 同金型の寸法を示す説明図である。 同金型の第１の変形例に係る金型の部分側断面図である。 同金型の第２の変形例に係る金型の部分側断面図である。 同金型の第３の変形例に係る金型の部分側断面図である。 同金型の第４の変形例に係る金型の部分側断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る熱間成形方法を適用する金型の部分側断面図である。 同金型の使用状態を示す説明図である。 同金型の寸法を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る熱間成形方法は、炭素（Ｃ）を０．０５〜０．５５質量％、マンガン（Ｍｎ）を０．１〜３質量％含有し、板厚が１〜３ｍｍの鋼板（ホットプレス用鋼板ともいう）から例えば打ち抜いたブランク（中間製品）１０を、金型１１を用いて成形し、例えば、バンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材のような、自動車の構造部材、補強部材等を製造する方法である。以下、詳しく説明する。

まず、鋼板から打ち抜かれたブランク１０を加熱炉（図示しない）内に装入し、オーステナイト単相域であるＡ_C3点から融点までの温度範囲（ブランク１０の成分により異なるが、例えば、８００〜１５００℃、好ましくは８５０〜１２００℃）に加熱してオーステナイト変態させる。
次に、図１、図２に示すように、ブランク１０を、所定形状（例えば、自動車のバンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材等を製造可能な形状）の金型１１でプレスする。

この金型１１は、ブランク１０を載置可能なしわ押え部（固定部材の一例）１２に対して上下方向に移動可能で、上部に円錐台状となった突出部分１３を備えたパンチ（下金型部）１４と、金型１１の作動時において、パンチ１４の突出部分１３の上面と所定の隙間（例えば、ブランク１０の板厚）を有して配置されるダイ（上金型部、ダイスともいう）１５とを有している。なお、しわ押え部１２とダイ１５は、相対的に上下方向に移動可能となっており、しわ押え部１２とダイ１５との間にブランク１０が配置された後、しわ押え部１２とダイ１５とでブランク１０を挟み、パンチ１４による成形時におけるブランク１０の位置ずれを防止している。

しわ押え部１２、パンチ１４、及びダイ１５は、鋼と同等の熱伝導率を備えた材料、例えば、軟鋼、硬鋼等や、鋼よりも大きい熱伝導率を備えた材料、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、黄銅等で構成されている。
なお、ダイ１５は、パンチ１４と対向するダイ１５の加工部１６のみを上記した材料で構成し、しわ押え部１２と対向するフランジ部１７を他の材料で構成することも可能である。また、ダイ内部に冷媒（例えば水等）を流す冷却管を配置し、ダイの加工部による冷却効率を高めることもできる。

図１、図２、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、しわ押え部１２には、ブランク１０を部分的に支持可能な３個以上（本実施の形態においては４個）の載置部材１８が、しわ押え部１２の軸心を中心として実質的に等角度に設けられている。この載置部材１８は、圧縮コイルばね１９と、この圧縮コイルばね１９の上端に配置される例えば直径が２〜５ｍｍ程度（本実施の形態においては４ｍｍ）の棒状のピン２０とを有している。

圧縮コイルばね１９は、しわ押え部１２内に形成され、圧縮コイルばね１９を上下方向に伸縮可能に配置する空間部２１内に収納されている。この空間部２１の上方には、空間部２１に連通し、その内径が空間部２１よりも小さく、ピン２０を上下方向にガイドするための断面円形のガイド部２２が設けられている。なお、ガイド部２２に配置されるピン２０の軸心は、しわ押え部１２の中央に設けられたパンチ１４の移動空間である開口部２３（例えば内径が１１５ｍｍ程度）から、例えば１２ｍｍ程度の半径方向外側位置に設けられている。

ピン２０は、しわ押え部１２、パンチ１４、及びダイ１５と同様、前記した鋼と同等か大きい熱伝導率を備えたいずれの材料で構成することも可能であり、鋼よりも熱伝導率が小さい材料（例えば、６０Ｗ／ｍ／Ｋ以下程度）、例えば、アルミナ、ジルコニア、サイアロンなどのセラミック、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等で構成することも可能である。
このピン２０は、その基端側に他の部分より拡幅した拡幅部２４が設けられており、この拡幅部２４の下面に、圧縮コイルばね１９の上端が当接している。なお、拡幅部２４は、圧縮コイルばね１９の伸縮によって空間部２１内を上下方向に移動可能となっている。

また、ピン２０の上部は、圧縮コイルばね１９が自由状態のとき、しわ押え部１２の上面２５から突出した状態となっており、突出した部分に力が加わることにより、ピン２０の上面２６がしわ押え部１２の上面２５と同一レベルまで移動可能な構成となっている。ここで、ピン２０の拡幅部２４は空間部２１内のみを移動可能となっているので、しわ押え部１２の上面２５から突出する各ピン２０の突出長さを同一長さに調整できる。
なお、金型１１の寸法は、図４に示すように、パンチ１４の突出部分１３の平面部２７の直径が３０ｍｍ、しわ押え部１２の上面２５からパンチ１４の平面部２７までの突出高さが２０ｍｍ、ダイ１５の加工部１６の最大内径が１２０ｍｍとなっている。

この金型１１の形状及び寸法は、上記した数値に限定されるものではなく、例えば、図５に示す金型３０のように、しわ押え部１２の上面２５から突出したパンチ３１の突出部分３２の高さが２５ｍｍとなっており、金型３０の作動時において、パンチ３１の突出部分３２と所定の隙間（例えば、ブランク１０の板厚）を有して配置される加工部３３を備えたダイ３４を有するもの等がある。
なお、前記した各金型１１、３０のパンチ１４、３１の突出部分１３、３２の頭頂角部３５、３６及びダイ１５、３４の加工部１６、３３からフランジ部１７、３７の角部３８、３９の曲率半径は、それぞれ１０ｍｍとなっている。
上記した金型１１（金型３０）においては、しわ押え部１２とパンチ１４（パンチ３１）とを分離したものを示しているが、しわ押え部とパンチとが連続して一体となった金型、即ちしわ押え部を別に設けていない金型を使用することも可能である。

また、金型として図６に示す金型４０を使用することも可能である。
この金型４０は、金型１１のパンチ１４と同様の材料で構成され、しわ押え部１２と隙間を有して配置された断面円形のパンチ４１と、金型１１のダイ１５の加工部１６に相当する部分が無く、パンチ４１の移動方向に開口部４２が形成されたダイ４３とを有している。従って、ダイ４３は、しわ押え部１２の上面２５と対向し、ブランクを押さえる部分となるフランジ部で構成されている。
ここで、パンチ４１の上部に設けられた突出部分４４の平面部４５の直径は３０ｍｍ、ダイ４３の開口部４３の最大内径は１２０ｍｍであり、突出部分４４の角部４６及びダイ４３の角部４７の曲率半径はそれぞれ１０ｍｍとなっている。

そして、金型として図７に示す金型５０を使用することも可能である。
この金型５０は、上部に曲面を有する突出部分５１を備え、しわ押え部１２に対して上下方向に移動可能なパンチ（下金型部）５２と、金型５０の作動時において、パンチ５２の突出部分５１の上面と所定の隙間（例えば、ブランク１０の板厚）を有して配置されるダイ（上金型部）５３とを有している。
金型５０の寸法は、パンチ５２の突出部分５１の曲率半径が５０ｍｍ、しわ押え部１２の上面２５からのパンチ５２の上端までの突出高さが２８ｍｍ、ダイ５３の加工部５４の最大内径が１１０ｍｍとなっている。なお、ダイ５３の加工部５４の角部５５の曲率半径は５ｍｍとなっている。

また、図８に示す金型６０は、しわ押え部１２の上面２５から突出したパンチ６１の突出部分６２の高さのみが金型５０と異なって３３ｍｍとなっており、金型６０の作動時において、パンチ６１の突出部分６２と所定の隙間（例えば、ブランク１０の板厚）を有して配置される加工部６３を備えたダイ６４を有している。
上記した金型５０（金型６０）においては、しわ押え部１２とパンチ５２（パンチ６１）とを分離したものを示しているが、しわ押え部とパンチとが連続して一体となった金型、即ちしわ押え部を別に設けていない金型を使用することも可能である。
なお、金型の形状及び寸法は上記したものに限定されない。

以上、前記した各金型１１、３０、４０、５０、６０を示した図４〜図８では、載置部材１８の図示を省略している。なお、載置部材を使用することなく、金型のしわ押え部の上側に、ブランク１０の温度低下を抑制する鋼よりも熱伝導率が小さい材料（例えば、ピン２０を構成した材料）で構成される断熱部材を配置することも可能である。この断熱部材は、しわ押え部の上面（少なくとも、ブランク１０が接触する部分）に、例えば、溶接接合等によって一体的に取付けることが好ましく、その厚みが例えば５〜２０ｍｍ程度となっている。
また、前記した各金型１１、３０、４０、５０、６０では、パンチ１４、３１、４１、５２、６１を下金型部、ダイ１５、３４、４３、５３、６４を上金型部としているが、上下逆にして、パンチを上金型部、ダイを下金型部とすることも可能である。この場合、ダイが固定部材となるので、しわ押え部と対向するダイのフランジ部に載置部材１８を設け、載置部材１８のピン２０にブランク１０を配置する。

プレス加工は、図１に示すように、しわ押え部１２の上面２５から突出した各ピン２０の上面２６上に、加熱されてオーステナイト変態したブランク１０を載置し、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度（例えば、８００℃以上程度）でブランク１０の成形を開始する。
これにより、ブランク１０は、ピン２０で部分的に支持され、しわ押え部１２、パンチ１４、及びダイ１５に直接接触することなく、しわ押え部１２に間接的に配置される。従って、金型１１へのブランク１０の配置時点から成形が開始されるまでの間に生じるブランク１０の温度低下を抑制することができ、ブランク１０の成形性を向上させることができる。

次に、ダイ１５をしわ押え部１２側へ移動させることで、ピン２０上に配置されたブランク１０をダイ１５により押圧する。そして、ダイ１５を更にしわ押え部１２側へ移動させることで、しわ押え部１２に対してピン２０が下がり、図２に示すように、しわ押え部１２の上面２５とダイ１５のフランジ部１７の下面とでブランク１０を挟むことができる。このように、ピン２０もしわ押えの役割を有する。
なお、ブランク１０を、断熱部材を介してしわ押え部に支持した場合は、断熱部材の上面とダイのフランジ部の下面とでブランク１０が挟まれる。
そして、ブランク１０の成形部位がダイ１５の加工部１６に接触するまでパンチ１４を突出させることでブランク１０の成形を終了し、引き続き加工部１６による急冷を行う。

ブランク１０の成形部位が接触する加工部１６は、熱伝導性が良好であるため、成形部位を急冷して焼入れすることができる。ここで、急冷を、ブランク１０の成形部位とダイ１５の加工部１６に接触させた状態で、マルテンサイト変態が生じる冷却速度以上（例えば、２０℃／秒以上、好ましくは３０℃／秒以上）の速度で、且つマルテンサイト変態の開始温度（例えば、４００℃程度）、好ましくはマルテンサイト変態の終了温度（例えば、３００℃程度）まで行う。
これにより、オーステナイト変態させたブランク１０を、軟質相（例えば、ベイナイト、パーライト）への変態を抑制、更には防止しながらマルテンサイト変態させることができる。
上記した方法で、ブランク１０を金型１１で連続的に焼入れ成形することで、成分に応じた焼入れ強度、例えば、０．２２％Ｃ鋼では、引張り強度が１４７０ＭＰａ以上程度の製品を製造できる。

なお、図６に示す金型４０を使用した場合、ブランクの成形部位をダイ４３の表面に接触させることができないため、急冷して焼入れすることができず、成形後の製品の硬度を高めることができない。このため、パンチ４１による成形を行った後、この成形品を従来使用している同一形状の金型、例えばパンチ、ダイ共に鋼製の金型を使用して再度熱間プレスすることで、成形部位の焼入れを行い、製品の強度を高めることが好ましい。
これにより、他の金型１１、３０を使用した場合と同等の引張り強度が得られる製品を製造できる。

また、載置部材を使用することなくブランク１０の成形を行う場合は、まず、パンチをしわ押え部の上面よりも上方へ突出させ、この突出させたパンチの平面部上にブランク１０を載置する。ここで、パンチの突出は、しわ押え部１２とパンチ１４とで形成される形状が、ダイ１５の形状に倣う位置まで行う。なお、図６に示す金型４０を使用する場合は、予め製造する製品形状に対応した位置まで、パンチ４１を突出させる。
これにより、ブランク１０は、金型に設けられたパンチで部分的に支持され、ブランク１０と金型が有するしわ押え部及びパンチの大部分との直接接触を防止できる。
そして、ダイをパンチ及びしわ押え部側へ移動させることで、ブランクの成形を実施できる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る熱間成形方法について、図９〜図１１を参照しながら説明するが、前記した本発明の第１の実施の形態に係る熱間成形方法とは、金型を用いて成形する部分のみが異なるため、この部分についてのみ説明する。
金型７０は、上部に曲面で構成される突出部分５１を備え、しわ押え部７１に対して上下方向に移動可能なパンチ（下金型部）５２（金型５０のパンチ５２と実質的に同一形状）と、金型７０の作動時において、パンチ５２の突出部分５１の上面と所定の隙間（例えば、ブランク１０の板厚、即ち１〜２ｍｍ程度）を有して配置されるダイ（上金型部、ダイスともいう）７５とを有している。

このしわ押え部７１の上側には、上方へ向かって拡径した受け部７２が設けられている。
受け部７２は、略水平平面状となったしわ押え部７１の上部最下面７３に連続し、この上部最下面７３に対して上方ヘ向かって傾斜（傾斜角θが例えば５〜３０度程度）した傾斜面（内側面の一例）７４を有している。
このため、受け部７２の形状は略すり鉢状となっている。なお、金型７０のダイ７５は、金型７０の作動時において、パンチ５２の突出部分５１の上面と所定の隙間（例えば、１〜２ｍｍ程度）を有する加工部７６と、しわ押え部７１の上部最下面７３及び傾斜面７４に倣った形状を備えるフランジ部７７とを有している。

使用する金型７０の寸法は、図１１に示すように、パンチ５２の突出部分５１の曲率半径が５０ｍｍ、しわ押え部７１の上部最下面７３からのパンチ５２の上端までの突出高さが３３ｍｍ、しわ押え部７１の上部最下面７３の最大直径が１４０ｍｍ、ダイ７５の加工部７６の最大直径が１１０ｍｍとなっている。なお、ダイ７５の加工部７６とフランジ部７７との境の角部７８の曲率半径は５ｍｍとなっている。

この金型の形状及び寸法は上記したものに限定されず、例えば、パンチ５２が下金型部、ダイ７５が上金型部となっているが、上下逆にして、パンチ５２を上金型部、ダイ７５を下金型部とすることも可能である。この場合、ダイが固定部材となるので、しわ押え部と対向するダイのフランジ部にすり鉢状の受け部７２を設け、この受け部７２にブランク１０を配置する。
また、しわ押え部７１の傾斜面７４上に、ブランク１０の温度低下を抑制する鋼よりも熱伝導率が小さい材料（例えば、ピン２０を構成した材料）で構成される断熱部材を配置することも可能である。

プレス加工は、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度（例えば、８００℃以上程度）でブランク１０の成形を開始する。このとき、図９に示すように、ブランク１０をすり鉢状となった受け部７２の内側に配置し、傾斜面７４上にブランク１０を載置する。なお、しわ押え部７１の上部最下面７３の最大直径は、ブランク１０の直径よりも小さくなっている。
これにより、ブランク１０の周辺端部７９は、しわ押え部７１で部分的に支持され、しわ押え部７１、パンチ５２、及びダイ７５に直接接触することなく、しわ押え部７１で支持される。従って、金型７０へのブランク１０の配置時点から成形が開始されるまでの間に生じるブランク１０の温度低下を抑制することができ、ブランク１０の成形性を向上させることができる。

次に、ダイ７５をしわ押え部７１側へ移動させることで、図１０に示すように、しわ押え部７１とダイ７５のフランジ部７７とでブランク１０を挟む。そして、ブランク１０の成形部位がダイ７５の加工部７６に接触するまでパンチ５２を突出させることでブランク１０の成形を終了し、引き続き加工部７６による前記した急冷を行う。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、表１に示す化学成分となった鋼種ａ〜ｃのスラブを鋳造した。

これらのスラブを１０５０〜１３５０℃に加熱し、熱間圧延にて、仕上温度８００〜９００℃、巻取温度４５０〜６８０℃で、板厚４ｍｍの熱延鋼板を製造した。そして、一部の熱延鋼板を、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの冷延鋼板とし、この冷延鋼板の一部に、表２に示す溶融アルミめっき（アルミめっき）、合金化溶融亜鉛めっき、溶融亜鉛めっきをそれぞれ施した。

その後、これらの冷延鋼板及び表面処理鋼板から例えば打ち抜いたブランクを、加熱炉によりＡ_C3点以上（融点以下）である９５０℃のオーステナイト領域に加熱した後、熱間成形加工を行った。なお、成形に使用する金型としては、前記実施の形態で説明した各金型１１、３０、４０、５０、６０、７０と、それぞれ形状及びサイズが同じ金型Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを使用する。ここで、各金型Ａ〜Ｅに設けられたピン２０の材質としては、鋼（表３〜表５の「鋼」）と、鋼よりも熱伝導率が小さいセラミックとなっているもの（表３〜表５の「Ｔ」）との２種類を使用した。

なお、各金型Ａ〜Ｆはパンチ形状に倣い、板厚１．４ｍｍのクリアランスにて各ダイの形状を決定した。成形条件としては、鋼板から打抜いた厚み１．４ｍｍ、直径１５０ｍｍの円板状のブランクを使用し、パンチ速度１０ｍｍ／秒、加圧力１００トン、しわ押え力２トン、３０トン、下死点での保持時間（パンチの突出部分とダイの加工部とで成形部位を挟み込む時間）を５秒とした。なお、加熱炉から取り出したブランクは、プレス開始まで１０秒程度あり、成形時のブランクの温度は８００℃程度であった。
ここで、実施した試験の組み合わせを、前記した表１、表２の記号に基づき、表３〜表５にそれぞれ示す。なお、表３〜表５中の比較例１−１〜比較例７−２は従来例（ピンが設けられていない金型）である。

なお、表３〜表５中のＢＨＦはしわ押え力である。また、成形結果は、成形後に各金型Ａ〜Ｆから取り出された各製品を、目視にて判定した結果であり、表６に示すように、割れ無し（○）、ネッキング発生（△）、割れ発生（×）の３つの基準で判定している。

また、表３〜表５中のしわ発生結果は、成形後の製品のフランジと側壁部の様子を目視で観察した結果であり、表７に示すように、しわ無し（○）、フランジしわ発生（□）、側壁部に重なりしわ発生（■）の３つの基準で判定している。

そして、表３〜表５中の成形可否は、表６中の割れ無し、且つ表７中のしわの発生無しの場合を成形可とし、他の場合を成形否とした。
更に、表３〜表５中の硬度は、成形後に各金型Ａ〜Ｆから取り出した製品のビッカース硬度を測定した結果である。この判定基準を表８に示す。

表８に示すように、硬度は、成形前の鋼板をＡ_C3点以上である９５０℃のオーステナイト領域に加熱した後、Ａ_C3点以上である９００℃から水焼入れしたときの硬度を基準に、強度が必要とされる部位（成形部位）の硬度が８５％以上の場合を「◎」、７０％以上８５％未満の場合を「○」、５０％以上７０％未満の場合を「△」、５０％未満の場合を「×」とし、７０％未満の「△」及び「×」を不合格とした。ここで、硬度の測定箇所は、各製品の側壁部及び底部とし、後工程で除去されるフランジ部は測定の範囲から除いた。

実施例１−１〜実施例６−４、及び比較例１−１〜比較例６−４は、鋼板として鋼種ａ〜ｃを使用し、各金型Ａ〜Ｃ、鋼で構成されるピンの有無、及び各めっき種をそれぞれ用いて、ブランクの成形限界について検討した結果である。
ピンが設けられていない比較例の金型を使用した場合、成形高さが低い（２０ｍｍ：金型Ａ、Ｃを使用）とき、即ち比較例１−１、１−２、２−１、２−２、３−１、３−２、４−１、４−２、５−１、５−２、６−１、６−２では成形結果が良好（○）であったが、成形高さが高くなる（２５ｍｍ：金型Ｂ、Ｃを使用）と成形結果が悪く（△）なった。しかし、ピンが設けられた実施例の金型を使用した場合、ピンが設けられていない金型を使用した場合と比較して、成形高さに影響されることなく、いずれの各金型Ａ〜Ｃを使用した場合においても成形限界が向上した。

また、金型Ｃを用いた場合は、成形後の製品を金型Ｃ内で保持しても、ブランクの一部がマルテンサイト開始温度まで急冷されなかったため硬度が不十分（×）であったが、成形後に、例えば従来使用しているパンチ、ダイ共に鋼製で同一形状の金型を使用して再度熱間プレスすることで、十分な焼入れ硬度を得ることができる。
従って、金型Ｃを用いた場合についても、従来よりも金型による成形性を向上させることができ、しかも十分な焼入れ硬度（◎）を得ることができる。
なお、他の金型Ａ、Ｂの場合は、金型による成形性を向上させることができることは勿論であるが、焼入れ硬度についても十分であった。また、どのめっき種を用いても、実施例から明らかなように、成形限界が向上し、更に十分な焼入れ硬度を得ることができた。

実施例７−１、実施例７−２、及び比較例７−１、比較例７−２は、鋼板として鋼種ｂを使用し、金型Ｄ、Ｅ、及びめっき種ＣＲをそれぞれ用いて、鋼板の成形限界について検討した結果である。
ピンが設けられた実施例の金型を使用した場合、ピンが設けられていない金型を使用した場合と比較して、成形限界が向上した。
また、ピンの材質については、実施例７−３のように、セラミック（Ｔ）を使用しても、ピンの材質が鋼である場合と同様、成形限界が向上していることを確認できた。
そして、実施例７−４は、金型Ｆを使用して、ブランクの周辺端部のみを金型に接触させてブランクを支持した後、成形を行った場合の結果であるが、金型以外の試験条件が同じである実施例７−２と同様成形限界が向上した。

そして、実施例７−５は、金型Ｂを使用して、パンチ上にブランクを配置し、ブランクのフランジの冷却を抑制した結果であるが、ブランクの配置位置以外の試験条件が同じである実施例２−３と同様成形限界が向上した。なお、ここでは、実施例２−３と同様の金型を使用しているため金型にピンが設けられているが、試験時においてはピンを使用していない。
このように、本発明の熱間成形方法を使用することで、金型へのブランクの配置時点から成形が開始されるまでの間に生じるブランクの温度低下を抑制することができ、従来よりも金型による成形性を向上させ、しかも成形後の強度に優れる製品を製造できることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の熱間成形方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、例えば、バンパー補強部材、センターピラー補強部材、ドアインパクト補強部材のように、自動車の構造部材、補強部材等を製造する熱間成形について説明したが、所定の形状に加工された高張力鋼を使用する分野、例えば、車両、重機、船舶等の構造部材、補強部材等を製造するために、本発明の熱間成形方法を適用することも勿論可能である。

１０：ブランク、１１：金型、１２：しわ押え部（固定部材）、１３：突出部分、１４：パンチ、１５：ダイ、１６：加工部、１７：フランジ部、１８：載置部材、１９：圧縮コイルばね、２０：ピン、２１：空間部、２２：ガイド部、２３：開口部、２４：拡幅部、２５、２６：上面、２７：平面部、３０：金型、３１：パンチ、３２：突出部分、３３：加工部、３４：ダイ、３５、３６：頭頂角部、３７：フランジ部、３８、３９：角部、４０：金型、４１：パンチ、４２：開口部、４３：ダイ、４４：突出部分、４５：平面部、４６、４７：角部、５０：金型、５１：突出部分、５２：パンチ、５３：ダイ、５４：加工部、５５：角部、６０：金型、６１：パンチ、６２：突出部分、６３：加工部、６４：ダイ、７０：金型、７１：しわ押え部、７２：受け部、７３：上部最下面、７４：傾斜面（内側面）、７５：ダイ、７６：加工部、７７：フランジ部、７８：角部、７９：周辺端部

Claims (4)

1. 鋼板をＡ_C3点から融点までの温度範囲に加熱した後、この鋼板を、金型に設けられたパンチで部分的に支持し、前記金型を用いて、フェライト、パーライト、ベイナイト、及びマルテンサイト変態のいずれもが生じる温度より高い温度で前記鋼板の成形を開始し、この成形後に急冷することを特徴とする熱間成形方法。
2. 請求項１記載の熱間成形方法において、前記加熱後の鋼板は、前記金型に設けられたしわ押え部よりも上方へ突出させた前記パンチに配置されることを特徴とする熱間成形方法。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の熱間成形方法において、前記鋼板は炭素を０．０５〜０．５５質量％、マンガンを０．１〜３質量％含有し、該鋼板の成形後の急冷は、マルテンサイト変態が生じる冷却速度以上の速度で、且つマルテンサイト変態の開始温度まで行うことを特徴とする熱間成形方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱間成形方法において、前記金型のダイは、熱伝導率が鋼と同等又は鋼よりも大きい材料で構成され、前記鋼板の成形後の急冷は、前記ダイに前記鋼板の成形部位を接触させて行うことを特徴とする熱間成形方法。

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