JP2010214418A - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間プレス成形の加工素材として鋼板、めっき鋼板のいずれを用いる場合においても、加熱雰囲気を制御しなくとも、熱間プレス成形の際に高温に加熱されることに起因した表面の酸化を防止でき、複雑な形状であっても良好な寸法精度を有する高強度の熱間プレス成形品を低コストで量産可能な方法を提供する。
【解決手段】鋼板またはめっき鋼板を、溶融塩の粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下である塩浴の浴面に対して略垂直になるように浸漬して加熱してからプレス成形機へ搬送し、その温度がこの鋼板またはめっき鋼板の焼入れ可能温度以上であるうちに、プレス成形して成形品とする。そして、この成形品をプレス成形機のプレス金型により拘束した状態で急冷するとともに、この急冷時または急冷後に、成形品に洗浄媒体を吹き付けて成形品に付着する塩を除去することにより、プレス成形品を製造する。さらに、プレス成形において成形品がプレス金型からリフトアップされた時以降にプレス金型に洗浄媒体を吹き付けてプレス金型に付着する塩を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス成形品の製造方法に関し、例えば高強度の熱間プレス成形品や、低、中強度の温間プレス成形品を製造するためのプレス成形の製造方法に関する。

自動車の車体の軽量化の一環として、薄肉の鋼材からなり従来と同等以上の高強度の成形品を得るための研究開発が推進されている。成形品の高強度化は、大別すると、（ａ）超ハイテン材等の高強度の鋼材を所定の形状に成型加工する技術、（ｂ）比較的軟質な鋼材を、成型加工中または成型加工後に熱処理することにより高強度化する技術によって、行われる。

上記（ａ）項に示すように高強度の鋼材を所定の形状に成型加工すると、成型加工可能な形状が大幅に制約され、また成形加工後に不可避的にスプリングバックが発生して成形品の寸法精度が低下するという問題がある。

上記（ｂ）項の、軟質な鋼材に成型加工中または成形加工後に熱処理する技術として、いわゆる熱間プレス成形が知られている。熱間プレス成形は、例えば鋼板等の鋼材を高温に加熱してから冷却された金型によりプレス加工する技術であり、成型加工および焼入れを一つの工程で行い、また金型により拘束された状態で焼入れるため、良好な寸法精度を有する成形品を得られるという優れた特長を有する。

しかし、熱間プレス成形に代表される、成型加工時に鋼材を熱処理する技術では、この熱処理の加熱により被成形品の表面にスケール（鋼の酸化物）が不可避的に形成される。成形品の表面に形成されたスケールは基材から剥離し易く、プレス金型の損傷を招いたり、塗装後の熱間プレス成形品における塗膜の剥離やこれに起因した耐食性の低下を誘発する。このため、熱間プレス成形品を製造する際には、加熱時の雰囲気を非酸化性としてスケールの発生を抑制するか、あるいは酸化性雰囲気下での熱間プレス成形後にショットブラスト処理を行って成形品の表面に形成されたスケールを十分に除去する必要があり、いずれにしても製造コストの上昇は否めなかった。

熱間プレス成形品におけるスケールの発生を抑制するために、鋼材表面をめっき等で被覆された鋼材を素材として熱間プレス成形を行う発明が開示されている。例えば、特許文献１にはＡｌめっき鋼板を加工素材として熱間プレス成形する発明が、また特許文献２にはＺｎ系またはＺｎ−Ａｌ系のめっき鋼板を加工素材として熱間プレス成形する発明が、それぞれ開示されている。

特許文献１、２により開示された発明は、加工素材としてめっき鋼板を用いるため、確かに、スケールの発生の抑制や熱間プレス成形品がめっき被膜を有することに由来する機能や特性の向上が期待される。

特開２０００−３８６４０号公報 特開２００１−３５３５４８号公報

特許文献１、２により開示された発明では、加工素材としてめっき鋼板を用いるため、確かに、スケールの発生を抑制することができるとともに、プレス成形品がめっき被膜を有することに由来する機能や特性の向上を期待できるものの、めっきすることによる製造コストの上昇は避けられない。

高強度の熱間プレス成形品を製造する場合のみならず、熱間プレス成形よりも低温で加熱することにより得られる低、中強度の温間プレス成形品を製造する場合においても、事情は同じである。

本発明は、このような従来の技術が有する課題に鑑みてなされたものであり、熱間プレス成形または温間プレス成形の加工素材として裸鋼板を用いる場合において、熱間プレス成形または温間プレス成形の際に高温に加熱されることに起因した表面の酸化およびこの酸化によって生じる上述した各種課題を解決することができ、また、めっき鋼板を素材としても支障なく成形することができ、これにより、複雑な形状であっても良好な寸法精度を有する高強度の成形品を低コストで製造できるという熱間プレス成形または温間プレス成形が本質的に有する特長を十分に享受しながら、プレス成形品を量産することができるプレス成形の製造方法を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、熱間プレス成形または温間プレス成形に関するものではないが、例えば日本鉄鋼協会編「鋼の熱処理 改訂５版」（１９９５）２３９〜２４６頁に開示される塩浴炉を用いた熱処理方法に着目した。この熱処理方法は、一般に鋼材の表面に酸化物が形成され難い熱処理方法として広く知られ、一般的に、この熱処理方法によれば、塩浴に浸漬中および塩浴からの取り出し後の鋼材の表面の酸化が起こり難いとともに、電気炉やガス炉中で加熱する熱処理方法よりも高い加熱速度を得られるとされている。このため、本発明者は、塩浴炉を用いて鋼板またはめっき鋼板を加熱してからプレス成形を行えば、表面におけるスケールの形成を抑制しながら低コストで熱間プレス成形品または温間プレス成形品を製造できるのではと考えた。

しかし、塩浴炉を用いて加熱した鋼板またはめっき鋼板にプレス成形を行うと、必然的に鋼板またはめっき鋼板の表面に塩が付着したままの状態でプレス成形されることから、プレス金型への塩の付着、及びこれに起因したプレス成形品の表面への押し込み傷の発生等を生じることが懸念された。

また、塩浴炉を用いて加熱した鋼板またはめっき鋼板にプレス成形を行って熱間プレス成形品または温間プレス成形品を量産すると、塩がプレス金型に付着して残存するため、付着した塩により金型の加工素材に対する冷却能が低下し、熱間プレス成形の大きな特長である金型での成形品の急冷が難しくなることも予想された。

本発明者は、塩浴炉を用いて鋼板またはめっき鋼板を加熱してからプレス成形を行う場合におけるこれらの新たな課題を解決するために鋭意検討を重ねて、本発明を完成した。
本発明は、鋼板またはめっき鋼板を塩浴に浸漬して加熱する加熱工程と、この加熱工程により加熱された鋼板またはめっき鋼板をプレス成形機へ搬送する搬送工程と、この搬送工程によりプレス成形機へ搬送された鋼板またはめっき鋼板が所定の温度範囲にあるうちに、このプレス成形機により鋼板またはめっき鋼板をプレス成形して成形品とするプレス工程と、この成形品に洗浄媒体を吹き付けてこの成形品に付着する塩を除去する成形品洗浄工程とを備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法である。

また、本発明は、鋼板またはめっき鋼板を塩浴に浸漬して加熱する加熱工程と、この加熱工程により加熱された鋼板またはめっき鋼板をプレス成形機へ搬送する搬送工程と、この搬送工程によりプレス成形機へ搬送された鋼板またはめっき鋼板の温度がこの鋼板またはめっき鋼板の焼入れ可能温度以上であるうちに、プレス成形機により鋼板またはめっき鋼板をプレス成形して成形品とするプレス工程と、このプレス工程により成形された成形品を急冷する焼入れ工程と、この急冷時またはこの急冷後の成形品に洗浄媒体を吹き付けてこの成形品に付着する塩を除去する成形品洗浄工程とを備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法である。

また、本発明は、鋼板またはめっき鋼板を塩浴に浸漬して加熱する加熱工程と、この加熱工程により加熱された鋼板またはめっき鋼板をプレス成形機へ搬送する搬送工程と、この搬送工程によりプレス成形機へ搬送された鋼板またはめっき鋼板の温度が鋼板またはめっき鋼板の焼入れ可能温度以上であるうちに、プレス成形機により鋼板またはめっき鋼板をプレス成形して成形品とし、この成形品をプレス成形機のプレス金型により拘束した状態で急冷するプレス焼入れ工程と、この急冷時またはこの急冷後の成形品に洗浄媒体を吹き付けてこの成形品に付着する塩を除去する成形品洗浄工程とを備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法である。

これらの本発明では、塩浴における溶融塩の粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。
これらの本発明では、鋼板またはめっき鋼板を、塩浴の浴面に対して略垂直になるように浸漬することが好ましい。

これらの本発明では、さらに、プレス成形における成形下死点よりも後の時期に、このプレス成形を行うプレス金型に洗浄媒体を吹き付けてこのプレス金型に付着する塩を除去する金型洗浄工程を備えることが、プレス金型への塩の付着に起因したプレス成形品の表面への押し込み傷の発生等を防止できるとともに、塩がプレス金型に付着して残存することに起因して金型の加工素材に対する冷却能が低下することを防止できることから、望ましい。さらに、この金型洗浄工程は、成形品が金型からリフトアップされた時以降に行われることが、熱間プレス成形の大きな特長である金型による高い冷却速度による加工素材の冷却を維持できることから、望ましい。

本発明によれば、熱間プレス成形または温間プレス成形の加工素材として裸鋼板を用いる場合においても、加熱雰囲気を制御しなくとも、熱間プレス成形または温間プレス成形の際に不可避的に高温に加熱されることに起因した成形品の表面の酸化およびこの酸化によりもたらされる課題を解決でき、これにより、複雑な形状であっても良好な寸法精度を有する高強度の成形品を低コストで製造できるという熱間プレス成形または温間プレス成形の優れた特徴を十分に享受しながら、プレス成形品を量産することができる。さらに、本発明は、めっき鋼板を素材とする場合にも用いることができるので、広い範囲の素材に適用できることから、製造面でもスケジュール制約も受け難い。

図１（ａ）〜図１（ｃ）は、プレス焼入れ工程を模式的かつ経時的に示す説明図であり、図１（ｃ）および図１（ｄ）は、金型洗浄工程を模式的に示す説明図である。 図２（ａ）は第１回目の熱間プレス成形により得られた熱間プレス成形品の外観を示す写真であり、図２（ｂ）は第５回目の熱間プレス成形により得られた熱間プレス成形品の外観を示す写真である。 図３は、得られた熱間プレス成形品の断面のミクロ組織の光学顕微鏡写真である。 図４（ａ）は、天然ガス燃焼雰囲気炉で加熱した熱間プレス成形品の外観を示す写真であり、図４（ｂ）は、塩浴炉で加熱した熱間プレス成形品の外観を示す写真である。 図５は、加熱・冷却カーブを示すグラフである。 図６は、板厚が１．６ｍｍの、５０×７０ｍｍ、５０×１００ｍｍ、７０×１００ｍｍの３種の試験片を、塩浴（９００℃、９２０℃、９５０℃）中に浴面に対し直角となる姿勢で４分間浸漬して５００ｍｍ／ｓｅｃで引き上げた場合における、塩持ち出し量（片面当り）と試験片面積との関係を示すグラフである。 図７は、プレス金型のパンチ底部に対応する、温間プレス成形品の部分の断面ミクロ組織を示す光学顕微鏡写真である。

以下、本発明に係るプレス成形品の製造方法を実施するための形態を説明する。なお、以降の説明では、プレス成形品が熱間プレス成形品である場合を例にとるが、本発明は熱間プレス成形品に限定されるものではなく、鋼板を浸漬する塩浴の温度を例えば５００〜８００℃として得られる温間プレス成形品にも同様に適用される。また、以降の説明では、加工素材が裸鋼板である場合を例にとるが、本発明の対象は裸鋼板に限定されるものではなく、例えばＺｎ系めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ系めっき鋼板さらにはＡｌ系めっき鋼板といった各種のめっき鋼板に対しても同様に適用される。

［鋼板］
本実施の形態では、加工素材として鋼板を用いる。鋼板の組成は、焼入れを目的とする場合にあっては焼入れ後に所定の硬さを得られる組成とすることが好ましい。例えば、Ｃ：０．１５％以上０．４５％以下（本明細書では特に断りがない限り組成に関する「％」は「質量％」を意味する）、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以上３％以下、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｃｒ：０．１％以上０．５％以下、必要に応じて、Ｔｉ：０．０１５％以上０．１％以下、Ｎｂ：０．０１５％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００２％以上０．００４％以下、残部Ｆｅおよび不純物が例示される。

さらに、後述するようにプレス金型で成形品を拘束しながら冷却する場合には、水焼入れによる冷却速度よりも冷却速度が小さくなるので、このような小さい冷却速度であっても焼入れが可能な組成を選択することが好ましい。

また、本発明は、加熱時にスケール生成を抑制できる点で裸鋼板を使用する場合に特に有用であるが、めっき鋼板や耐熱性被覆鋼板に使用することも妨げられない。
なお、後述する加熱工程に先立って、鋼板の表面に付着した油脂や付着物等を除去するため、アルカリで洗浄したり、さらに鋼板の表面の水分を除去するために２００℃以下程度の加熱温度で、鋼板を予備加熱することが好ましい。

［塩浴による加熱工程］
鋼板を所定形状にブランキングした後、ブランキングされた鋼板を、塩浴に浸漬して加熱する。例えば、焼入れによる高強度化を目的とする場合は、鋼板を塩浴炉に収容される塩浴に浸漬してＡｒ_３点以上の所定の温度範囲に加熱する。塩浴炉および用いる塩は、周知慣用の市販されるものでよく、所定の加熱温度が得られるものを適宜選択して用いればよい。塩浴炉での鋼板の昇温速度は、例えばガス炉での鋼板の昇温速度よりも高いので、加熱工程の短縮を図ることができる。

塩浴に用いる塩（溶融塩）は、使用温度における粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下のものが好ましく、１０Ｐａ・ｓ以下のものがさらに好ましい。塩の粘度が高いと、塩の持ち出しが多くなりコスト的に不利になるからである。また塩の粘度は低い方が炉から取り出してからプレスされるまでにブランク表面でレベリングしやすいと考えられ、付着塩の押し込み傷の防止効果がある。

例えば、９００℃で使用する場合にはパーカー熱処理工業株式会社製Ｈ−１０が例示され、７００℃で使用する場合には同社製ＧＳ５４０が例示される。これらの市販品は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸バリウム等が配合されたものであり、必要に応じこれらの配合比により融点を調整することができる。融点より大幅に高い温度で用いると、塩の蒸発が多くなり不経済である。鋼板表面に塩が付着することにより、鋼板表面の酸化が防止されるだけでなく、プレス時には金型とブランク間の潤滑機能を発揮していると考えられる。

鋼板を塩浴で加熱した後に塩浴から取り出す際には、鋼板をできるだけ垂直に保つことが、塩の持ち出しがより少なくなるため、好ましい。これにより、成形品を浸漬するよりも隅部への液たまりがなく液の持ち出しがもともと少ないことと併せて、鋼板の表面およびプレス金型への塩の付着を少なくして、成形品の表面への押し込みやカジリの発生を抑制することができる。

取り出す際に鋼板をできるだけ垂直に保つためには、鋼板のトリムラインよりも外縁部の一辺につり下げ用の貫通穴を複数穿設しておき、この貫通孔それぞれに鋼板懸吊用のフックを引っ掛け、このフックを例えばハンドリング用の多関節型汎用ロボットにより保持させることが例示される。

なお、必要に応じて、鋼板の表面に付着した塩を、加熱したロールや不活性ガスにより、除去し切らない程度に絞ってもよい。
また、亜鉛系めっき鋼板やアルミニウムめっき鋼板を塩浴中に浸漬すると、塩浴の温度がめっき皮膜（亜鉛やアルミニウム）の融点からかなり高いことおよび加熱中にめっき表面に酸化物が形成され難いことから、めっき金属成分が塩浴中に溶融、流出、反応することが懸念される。しかし、例えば合金化溶融亜鉛めっき鋼板を９５０℃程度の塩に数分浸漬しても、塩浴中へのめっきの流出等は認められなかったので、これらめっき鋼板を使用することは実用上問題ない。なお、この場合、雰囲気ガス炉等で加熱する場合と比較して鋼板表面の酸化亜鉛層が過度に形成され難いので、成形品の溶接性が改善されるという利点もある。

［搬送工程］
塩浴から取り出した鋼板の温度が所定の温度範囲から低下しないうちにプレス成形するために、鋼板を所定の温度範囲から低下しないうちにプレス成形機へ搬送する。

例えば、鋼板を塩浴から取り出した後、例えば２０秒間以内にプレス成形機まで搬送することが好ましい。また搬送中も鋼板をできるだけ鉛直に搬送することが好ましい。塩のレベリング効果がブランクの両面で期待されるためである。鋼板ブランク平面を上にして搬送すると、上面は重力により塩液のレベリング速度が上がるが、下面は、重力でレベリング速度が低下するためである。

鋼板をこのように迅速に搬送するには、例えば、塩浴炉をプレス成形機に可及的近接配置するとともに、上述した多関節型汎用ロボットの台座部がこの塩浴炉とプレス成形機との間で往復移動自在な移動機構を設けることが例示される。

この搬送の途中で鋼板の表面に不用意に接触したりすると、鋼板の表面の塩が除去され、この部分にスケールが形成されるおそれがある。そのため、搬送は、極力速やかに、かつ、後にトリムで除去される部分以外の鋼板表面に極力接触しないように留意すべきである。例えば、上述した移動機構を備える多関節型汎用ロボットを用いる場合には、この多関節型汎用ロボットが移動する空間の周囲を安全柵等で囲み、外部との接触を完全に遮断することが例示される。

［プレス工程］
プレス工程では、搬送工程によりプレス成形機へ搬送された鋼板が、所定の温度範囲またはこの鋼板の焼入れ可能温度以上にあるうちに、プレス成形機によりこの鋼板をプレス成形して成形品とする。

すなわち、プレス金型に搬送された鋼板は、所定の温度範囲から低下しないうちに、プレス成形されて所定の形状を有する成形品とされる。プレス成形機は、所定の形状に成形することができる周知慣用のものを用いればよく、特定の型式のものには限定されない。

プレス成形後の成形品および金型には、塩の付着が認められるが、成形品の外観等への悪影響は認められない。かえって、塩が付着していることにより、プレス成形における潤滑剤として機能し、良好なプレス成形を行うことができる。

［プレス焼入れ工程、焼き入れ工程］
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、プレス焼入れ工程を模式的かつ経時的に示す説明図である。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、プレス焼入れ工程では、搬送工程により、プレス金型１および２を備えるプレス成形機３へ搬送された鋼板４の温度が鋼板４の焼入れ可能温度以上であるうちに、このプレス成形機３により鋼板４をプレス成形して成形品５とし、この成形品５をこのプレス成形機３のプレス金型１および２により拘束した状態で急冷して焼入れる。

すなわち、高強度の熱間プレス成形品とする場合、プレス成形により得られた成形品５は、直ちに急冷されて焼き入れられる。
成形品５は、図１（ｂ）に示すようにプレス焼入れ工程によりプレス金型１および２により拘束された状態で急冷してもよい。この場合に、プレス金型１および２の表面近傍の内部に冷却水を流す構造のものを用い、図１（ｃ）に示すように鋼板４を成形品５に成形するのと併せて、または成形の直後に急冷する方法や、例えば金型に溝を設けておきその溝を通じて成形品５とプレス金型１および２との間に冷却媒体（水、油等）を流して急冷する方法等がある。後者の場合は、成形品の表面に付着した塩を冷却媒体により除去することもできる。なお、図１（ｃ）における矢印は冷却水の流れを例示するものである。

一方、焼入れ工程では、プレス工程により成形された成形品を急冷して焼入れる。すなわち、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すプレス焼入れ工程とは異なり、プレス工程後の焼入れ工程によって、成形品をプレス金型から取り出し、直ちに水焼入れや油焼き入れ等を用いるようにしてもよい。これにより、一般的により高い冷却速度を確保できるほか、成形品に付着した塩を除去することができるために、塩の除去が十分になされる場合には後述する成形品洗浄工程を省略することもできる。

プレス成形された成形品を、プレス金型内で急冷して焼入れるか、あるいはプレス金型から取り出してから急冷して焼入れるかは、得られる熱間プレス成形品に求める性能（硬度・靭性等）、寸法精度（焼き入れ時の形状凍結性等の影響）さらには設備コスト等を勘案して、適宜選択して決定すればよい。

したがって、前述したような金型を用いて冷却液が成形品に直接触れることなく急冷されることが好ましい。なお、熱間プレス成形では、水や油等の液体を用いて冷却するのと比較して、冷却速度が低くなる。そこで、鋼板の成分、板厚、成形品さらには金型形状等は、そのような低い冷却速度でも焼入れ可能なように設定することが好ましい。なお、逆にＭｓ点以降の冷却速度が遅いことによっていわゆる自動焼き戻しが生じやすいため、熱間プレス成形品の靭性の向上には有利である。

［成形品洗浄工程］
成形品洗浄工程では、焼入れ工程またはプレス焼入れ工程における急冷時または急冷後の成形品に洗浄媒体を吹き付けることによって、成形品に付着する塩を除去する。

すなわち、焼入れ工程またはプレス焼入れ工程における急冷時または急冷後の成形品は、直ちに例えば水（湯）等の洗浄媒体を吹き付けられて表面に付着する塩を除去される。好ましくは、水洗を行った後に弱酸またはアルカリにより洗浄し、その後に改めて水洗することが好ましい。

なお、焼入れによって高強度の成形品を得る場合を例にとって説明したが、本発明は、かえって焼入れによる硬化が生じない程度の温度に加熱してプレス成形する、いわゆる温間成形にも適用可能である。例えば４５０℃程度に加熱する場合、塩化リチウム−塩化カリウムの共晶組成の塩を用いればよい。

このようにして、本発明によれば、熱間プレス成形または温間プレス成形の加工素材として裸鋼板またはめっき鋼板のいずれを用いる場合においても、加熱雰囲気を制御しなくとも、熱間プレス成形または温間プレス成形の際に高温に加熱されることに起因した表面の酸化を確実に防止して、金型との潤滑作用を確保して複雑な形状であっても良好な寸法精度を有する高強度の熱間プレス成形品を低コストで製造できる。

［金型洗浄工程］
前述したように、プレス成形後の成形品および金型への塩の付着による成形品の外観等への悪影響は認められない。しかし、量産時には、連続的なプレス成形によって多量の塩が金型に堆積し、成形品外観等に悪影響を及ぼすことは懸念される。したがってプレス成形１回ごとに金型洗浄をするのがよい。
図１（ｃ）および図１（ｄ）は、金型洗浄工程を模式的に示す説明図である。なお、図１（ｃ）および図１（ｄ）における矢印は洗浄媒体の流れを例示するものである。

本発明では、表面に塩が付着した鋼板にプレス成形を行うので、このプレス金型１および２には不可避的に鋼板の表面の塩が付着する。プレス金型１および２へ塩が付着したままでプレス成形を継続して行うと、プレス金型１および２への塩の付着に起因して、プレス成形品の表面への押し込み傷の発生等を生じたり、塩がプレス金型１および２に付着して残存することに起因してプレス金型１および２の加工素材に対する冷却能が低下して、熱間プレス成形の特長を十分に発揮できなくなる。

そこで、本発明により熱間プレス成形品を量産するためには、プレス成形を行うプレス金型１および２に洗浄媒体を吹き付けてこのプレス金型１および２に付着する塩を除去する金型洗浄工程を行うことが望ましい。

この金型洗浄工程は、洗浄媒体を吹き付けて行うことから、図１（ｂ）に示すプレス成形における成形下死点よりも後の時期に行うことが、プレス成形終了前の鋼板５の温度低下を防止できるために、望ましい。

また、プレス金型の洗浄を均一かつ十分に行うためには、金型洗浄工程は、成形品５がプレス金型１および２からリフトアップされた時（図１（ｃ）のタイミング）以降に行われることが望ましい。

金型洗浄工程は、各回のプレス成形毎に毎回行うことが望ましいが、プレス金型への塩の付着状況に応じて、その頻度はプレス金型への塩の付着が問題にならない程度の頻度として適宜設定すればよい。

このようにして、本発明によれば、熱間プレス成形の加工素材として裸鋼板を用いる場合においても、鋼板の加熱雰囲気を制御したり、あるいは熱間プレス成形品にショットブラストのようなスケール除去処理を行わなくとも、熱間プレス成形の際に高温に加熱されることに起因した表面の酸化を確実に防止して、複雑な形状であっても良好な寸法精度を有する高強度の熱間プレス成形品を低コストで量産することができるようになる。

本発明に係る熱間プレス成形品の製造方法の実施例を、添付図面を参照しながら、さらに具体的に説明する。
表１に示す組成（残部Ｆｅおよび不純物）を有するとともに板厚が２．０ｍｍである冷延鋼板を９０ｍｍ×１９０ｍｍに切断した供試材を、塩浴（日本パーカライジング（株）製Ｈ−１０、温度９５０℃（このときの粘度３ｍＰａ・ｓ））中に、浴面に対して直角となる姿勢で３分間浸漬して引き上げた。

その後、プレス成形機のプレス金型にセットし、引き上げ後約５秒間経過した時点でハット型の断面形状の成形品にプレス成形した。このプレス金型は、金型の表面直下の内部に冷却水管を備えるもので、冷却水を通すことにより冷却される。

プレス成形完了後１００℃に達した時点までプレス金型内に保持して冷却し、プレス金型から成形品を取り出し、６０℃の温水で洗浄し、さらに水洗して乾燥した。
このような熱間プレス成形を、プレス金型の手入れを行わずに連続して行った。

図２（ａ）は第１回目の熱間プレス成形により得られた熱間プレス成形品の外観を示す写真であり、図２（ｂ）は第５回目の熱間プレス成形により得られた熱間プレス成形品の外観を示す写真である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、１枚目の熱間プレス成形品から５枚目の熱間プレス成形品までは、軽い型カジリの痕跡が認められたものの、１枚目と５枚目とで状況は悪化していなかった。そのため、この型かじりは、プレス金型への塩付着とは別の理由で生じたものと考えられた。

さらに、プレス金型のかじり部に手入れ（♯６００サンドペーパー研磨仕上げ）を行って改めて熱間プレス成形を行った６枚目の熱間プレス成形品のいずれにも型かじりは認められなかった。

なお、いずれの成形品の表面にも、実用上問題となり得るようなスケールの発生は認められなかった。
図３は、得られた熱間プレス成形品の断面のミクロ組織の光学顕微鏡写真である。図３に示すように、いずれにもマルテンサイト組織が得られており、またビッカース硬さはＨｖ４６０であった。

なお、水洗および乾燥後の熱間プレス成形品の表面が若干黄色く変色していることがあったが、前述の温水洗浄の後に例えば０．３％程度の塩酸で酸洗し、さらに水洗することにより、問題ないように改善された。

また、図４（ａ）は、天然ガス燃焼雰囲気炉（酸素約２ｖｏｌ％）で加熱した熱間プレス成形品の外観を示す写真であり、図４（ｂ）は、本実施例すなわち塩浴炉で加熱した熱間プレス成形品の外観を示す写真である。天然ガス燃焼炉で加熱した熱間プレス成形品にはその表面（特にフランジ部）に形成したスケールの剥離や脱落が生じているのに対し、塩浴炉で加熱した熱間プレス成形品の表面にはスケールは形成されていた。

（参考例）
表１に示す組成を有するとともに板厚が２．３ｍｍである冷延鋼板を７０ｍｍ×１５０ｍｍに切断した供試材を、塩化ナトリウム２０％、塩化カリウム２５％、塩化バリウム５５％の塩浴中に浴面に対し直角となる姿勢で４分間浸漬して引き上げ（塩の粘度は１０ｍＰａ・ｓ、塩持ち出し量（片面当り）１１０ｇ／ｍ^２）、引き上げ後に直ちに、常温のＳＵＳ３０４製の１００×８０×３００ｍｍのブロック金型２枚で手動で挟んで冷却した。供試材温度が１００℃に達した時点で、金型から供試材を取り出し、水洗し乾燥した。なお、この金型は、金型の表面直下の内部に冷却水管を備えるもので、冷却水を通すことで冷却される。

図５は、このときの加熱・冷却カーブを示すグラフである。また、比較のため、図５には、同板厚の冷延鋼板（７０ｍｍ×１００ｍｍ）をガス炉（大気雰囲気炉）で加熱し、５０ｔ油圧プレスにてプレス成形した場合の加熱・冷却カーブを併せて示す。

図５のグラフに示すように、塩浴を用いた場合の昇温速度は、ガス炉を用いた場合の昇温速度よりも圧倒的に高かったとともに、冷却速度は逆に低く、冷却開始温度（約８５０℃）から４００℃までの冷却速度は約３０℃／ｓｅｃであった。

この冷却速度は、塩の持ち出し量とプレスにおける加圧力とにより決定されると考えられる。
図６は、板厚が１．６ｍｍの、５０×７０ｍｍ、５０×１００ｍｍ、７０×１００ｍｍの３種の試験片を、上述した塩浴（９００℃、９２０℃、９５０℃）中に浴面に対し直角となる姿勢で４分間浸漬して５００ｍｍ／ｓｅｃで引き上げた場合における、塩持ち出し量（片面当り）と試験片面積との関係を示すグラフである。このときの塩の粘度は１〜７ｍＰａ・ｓであった。持ち出し量は浴の温度が変化しても片面当たりも塩持ち出し量は７５〜９５ｇ／ｍ^２の範囲であった。

一方、表１に示す組成を有する上述した供試材や、図６に示す結果を得られた上述した供試材は、いずれも、冷却後の表面に凝固した塩が僅かに付着していたものの、水洗後の表面には、若干エッチングされた形跡がある程度で、実用上問題となり得るようなスケールの形成や型かじり、押し込み等は認められなかった。また金型にも凝固した塩が僅かに付着した。

得られた供試材の断面を観察したところマルテンサイト組織が得られており、また供試材のビッカース硬さＨｖ４５０であった。すなわち、上記の冷却速度であっても十分に焼入れされていることが確認された。

このように、鋼板を塩浴で加熱して熱間プレスをすることにより、表面にスケールを発生させないで金型焼入れを行うことができる。このとき、成形品および金型表面には僅かに塩が付着するものの、押し込みやかじりにつながるようなものではなかった。

実験例１と同様の条件で、塩浴温度を５００℃、６００，７００℃、８００℃とした温間プレス試験を行った。
図７は、プレス金型のパンチ底部に対応する、温間プレス成形品の部分の断面ミクロ組織を示す光学顕微鏡写真である。

図７に示すように、パンチ底部に対応するプレス成形品の板厚中心のビッカース硬さは、それぞれＨｖ１７０、１７０、１７０、２６０であった。５００、６００、７００℃はフェライト＋パーライト組織であり、８００℃はフェライト＋マルテンサイト組織であった。

なお、焼入れ前の鋼板のビッカース硬さはＨｖ１７０、フェライト＋パーライト組織であった。
この温間プレスの場合も、実施例１の９００℃加熱の場合と比較して、塩の持ち出し量は増加したものの、温間プレス成形品の表面には異常な酸化は見られなかった。

また、大気中やブランクから持ち込まれる酸素、水による溶融塩の分解によって生成する酸化物による脱炭素を抑制するために、適宜酸化防止剤としてフッ化マグネシウムやシリコンを添加してもよい。

Claims (7)

1. 鋼板またはめっき鋼板を塩浴に浸漬して加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程により加熱された鋼板またはめっき鋼板をプレス成形機へ搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程により前記プレス成形機へ搬送された鋼板またはめっき鋼板が所定の温度範囲にあるうちに、該プレス成形機により当該鋼板またはめっき鋼板をプレス成形して成形品とするプレス工程と、
   該成形品に洗浄媒体を吹き付けて該成形品に付着する塩を除去する成形品洗浄工程と
   を備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法。
2. 鋼板またはめっき鋼板を塩浴に浸漬して加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程により加熱された鋼板またはめっき鋼板をプレス成形機へ搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程により前記プレス成形機へ搬送された鋼板またはめっき鋼板の温度が該鋼板またはめっき鋼板の焼入れ可能温度以上であるうちに、該プレス成形機により当該鋼板またはめっき鋼板をプレス成形して成形品とするプレス工程と、
   前記プレス工程により成形された成形品を急冷する焼入れ工程と、
   前記急冷時または該急冷後の成形品に洗浄媒体を吹き付けて該成形品に付着する塩を除去する成形品洗浄工程と
   を備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法。
3. 鋼板またはめっき鋼板を塩浴に浸漬して加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程により加熱された鋼板またはめっき鋼板をプレス成形機へ搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程により前記プレス成形機へ搬送された鋼板またはめっき鋼板の温度が該鋼板またはめっき鋼板の焼入れ可能温度以上であるうちに、該プレス成形機により当該鋼板またはめっき鋼板をプレス成形して成形品とし、該成形品を当該プレス成形機のプレス金型により拘束した状態で急冷するプレス焼入れ工程と、
   前記急冷時または該急冷後の成形品に洗浄媒体を吹き付けて該成形品に付着する塩を除去する成形品洗浄工程と
   を備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法。
4. 前記塩浴における溶融塩の粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたプレス成形品の製造方法。
5. 前記鋼板またはめっき鋼板を、前記塩浴の浴面に対して略垂直になるように浸漬する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたプレス成形品の製造方法。
6. さらに、前記プレス成形における成形下死点よりも後の時期に、当該プレス成形を行うプレス金型に洗浄媒体を吹き付けて該プレス金型に付着する塩を除去する金型洗浄工程を備えることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたプレス成形品の製造方法。
7. 前記金型洗浄工程は、前記成形品が前記金型からリフトアップされた時以降に、行われる請求項６に記載されたプレス成形品の製造方法。