JP2012206166A

JP2012206166A - 表面処理鋼帯のプレス成形方法およびプレス成形設備

Info

Publication number: JP2012206166A
Application number: JP2011076115A
Authority: JP
Inventors: Toru Minode; 徹簑手
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】表面処理鋼帯をエネルギー効率良く熱間プレスすることができる表面処理鋼帯のプレス成形方法およびプレス成形設備を提供する。
【解決手段】プレス成形設備１０Ａは、鋼帯１を巻き戻す巻戻装置１１と、鋼帯１に表面処理する表面処理装置１２と、鋼帯１を所定の温度まで加熱する加熱装置１３と、高温の鋼帯１をプレスするプレス成形装置１４と、プレス成形後の鋼帯２を所定の長さに切断する切断装置１５を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼帯を表面処理して、所定温度に加熱した後、プレス成形して所定の形状とするプレス成形方法およびプレス成形設備に関する。

近年、自動車の軽量化と衝突安全性能を両立させるため、車体の構造部材として、高強度鋼板の適用が増加している。しかし、鋼板を高強度化すると加工性が劣化し、所定の部品形状に加工することが困難になる。特に、高強度鋼板は、冷間でプレス成形すると、製品をプレス金型から取り外した際に、弾性変形して形状がくずれるスプリングバックが発生しやすく、寸法精度を向上させることが難しい。

そこで、図９に概略を示す特許文献１に記載されたプレス成形方法が開示されている。

特許文献１の方法は、図９に示すようなプレス成形設備９０を用いて、巻戻装置１１からの鋼帯１を切断装置１５で所定長さに切断し、切断された鋼帯（鋼板）４を一時ストック３５で一時保管した後、移送装置３６で加熱装置１３に移送し、鋼板４を８５０℃以上で融点未満の温度に加熱し、加熱後直ちに移送装置３６でプレス成形装置１４に搬送し、８５０℃以上の高温状態を保った鋼板４に常温のプレス型を用いてプレス加工を施し、所望形状を付与してプレス成形品３とするというものである。加熱して成形性を向上させた鋼板４をプレスして、プレス金型との接触による焼入れで強度を付与する方法で、熱間プレス、ダイクエンチなどと総称されている。

通常、上記の熱間プレスでは、鋼板を加熱するため、鋼板表面にスケールが発生する。スケールが存在すると溶接性や表面性状が低下するため、成形後にスケールを除去する必要がある。スケールの除去はショットブラストにて行われているが、複雑な部品形状では完全な除去が難しい。また、板厚が２ｍｍ以下の鋼板では、ショットブラスト投射時の残留応力による部品の変形が起こりやすく、問題となっている。

そこで、加熱中のスケール生成を防止するため、熱間プレスの素材として表面処理鋼板（表面処理鋼帯）が用いられている。熱間プレス用の表面処理鋼板として、特許文献２にはアルミめっき鋼板が、特許文献３には亜鉛めっき鋼板が、それぞれ開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術によって表面処理鋼板を熱間プレスする場合は、エネルギーの損失が大きいという問題がある。例えば、アルミめっきで最も多く使用される溶融アルミめっきでは、鋼板が約６５０℃の溶融アルミ浴内を通過し、めっき直後の鋼板は高温である。亜鉛めっきの場合も、溶融亜鉛めっきのみならず、高温で合金化処理を施される場合がある。また、めっき以外にも、酸化防止剤を鋼板表面に塗布してスケール生成を防止する場合には、酸化防止剤の塗布後に、乾燥工程が入るため、鋼板は加熱される。これらによる表面処理鋼板を従来技術の方法で熱間プレスする場合には、表面処理で鋼板に加えられた熱は散逸してしまい、室温またはその近傍にある鋼板を再度加熱することになり、エネルギーの損失が発生する。

特開２００２−１０２９８０号公報特開２００３−３４８４６号公報特開２００９−３５７９３号公報

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、表面処理鋼帯をエネルギー効率良く熱間プレスすることができる表面処理鋼帯のプレス成形方法およびプレス成形設備を提供することを目的とするものである。

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究の結果、鋼帯に表面処理を施した直後に、鋼帯を加熱して、プレス成形することにより、表面処理で鋼帯に加えられた熱エネルギーを無駄にせずに、熱間プレスできることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は以下の特徴を有している。

［１］鋼帯を巻き戻す巻戻工程と、巻戻工程に連続して鋼帯に表面処理を施す表面処理工程と、表面処理工程に連続して鋼帯を加熱する加熱工程と、加熱工程に連続して鋼帯をプレス成形するプレス成形工程とからなり、これら複数の工程を連続させて鋼帯を処理することを特徴とする表面処理鋼板のプレス成形方法。

［２］鋼帯を巻き戻す巻戻装置と、鋼帯に表面処理を施す表面処理装置と、鋼帯を加熱する加熱装置と、鋼帯をプレス成形するプレス成形装置とをこの順に連続して配してなることを特徴とする表面処理鋼板のプレス成形設備。

本発明においては、表面処理鋼帯をエネルギー効率良く熱間プレスすることができる。すなわち、本発明によると、表面処理で鋼帯に加えられた熱量のすべてが散逸する前に加熱を行うため、従来技術と比較してエネルギーの損失を小さくすることができる。

本発明の実施形態１におけるプレス成形設備を示す概略側面図である。本発明の実施形態１におけるプレス成形設備で用いられる表面処理装置の１例を示す概略側面図である。本発明の実施形態１におけるプレス成形設備で用いられる表面処理装置の他の例を示す概略側面図である。本発明の実施形態２におけるプレス成形設備で搬送手段としてピンチローラーを用いた例を示す概略側面図である。本発明の実施形態２におけるプレス成形設備で搬送手段としてピンチローラーを用いた例を示す概略上面図である。図５におけるＡ−Ａ矢視図である。本発明の実施形態３におけるプレス成形設備を示す概略側面図である。本発明の実施形態４におけるプレス成形設備を示す概略側面図である。従来技術のプレス成形設備を示す概略側面図である。

本発明は、表面処理鋼帯を熱間プレスするに際して、鋼帯に表面処理を施した直後に、鋼帯を加熱して、プレス成形することにより、表面処理で鋼帯に加えられた熱エネルギーを無駄にせずに、熱間プレスの加熱に必要な熱量を小さくするようにしたものである。

以下に、本発明の実施形態１〜４について図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
本発明の実施形態１におけるプレス成形設備の概略側面図を図１に示す。

図１に示すように、この実施形態１におけるプレス成形設備１０Ａは、鋼帯１を巻き戻す巻戻装置１１と、鋼帯１に表面処理する表面処理装置１２と、鋼帯１を所定の温度まで加熱する加熱装置１３と、高温の鋼帯１をプレスするプレス成形装置１４と、プレス成形後の鋼帯２を所定の長さに切断する切断装置１５を備えている。

そして、このプレス成形設備１０Ａでは、ブランクとなる鋼帯１は、熱延コイル、冷延コイルなどの鋼帯で供給される。その鋼帯１は巻戻装置１１で巻き戻され、先端から順次表面処理装置１２に挿入されて、連続的に表面処理される。続いて、表面処理装置１２で鋼帯１に加えられた熱量のすべてが散逸する前に、鋼帯１は加熱装置１３に入り、所定の温度まで加熱される。加熱装置１３を出た鋼帯１はプレス成形装置１４で高温を保ったままプレス成形される。プレス成形後の鋼帯２は切断装置１５に送られ、所定箇所で個々の成形品３に切断されて、次工程に送られる。

すなわち、この実施形態１では、鋼帯１を巻き戻す巻戻工程と、巻戻工程に連続して鋼帯１に表面処理を施す表面処理工程と、表面処理工程に連続して鋼帯１を加熱する加熱工程と、加熱工程に連続して鋼帯１をプレス成形するプレス成形工程と、プレス成形工程に連続して鋼帯２を切断する切断工程からなり、これら複数の工程を連続させて鋼帯を処理するようになっている。

ここで、表面処理装置１２は、溶融金属槽や、合金化処理や乾燥処理を行う熱処理装置などを含み、表面処理後に鋼帯１の温度が表面処理前よりも上昇するものである。

この実施形態１において用いる表面処理装置１２の一例を図２に示す。

図２に示すように、この表面処理装置１２Ａは、鋼帯１の表面の清浄化などを行う前処理装置２１と、鋼帯１の表面にめっきを施すめっき槽２２と、熱処理や冷却を行う後処理装置２３を備えている。前処理装置２１としては、鋼帯１の温度をめっき槽２２の温度と同じくらいの温度まで加熱する熱処理装置や、鋼帯１の表面のスケールを還元除去する還元炉などがある。また、めっき槽２２としては、高温の溶融金属を鋼帯１の表面に付着させる溶融めっき槽などがある。また、後処理装置２３としては、合金化処理を行う熱処理装置などがある。このように、表面処理装置１２Ａは、鋼帯１の温度を上昇させる装置を少なくとも１以上含むことになる。

さらに、この実施形態１において用いる表面処理装置１２の他の例を図３に示す。この例は、酸化防止剤を鋼帯１の表面に塗布し、加熱装置１３内での鋼帯１の表面の酸化を防止する場合である。

図３に示すように、この表面処理装置１２Ｂは、鋼帯１の表面の清浄化などを行う前処理装置２１と、鋼帯１の表面に酸化防止剤を塗布する塗布装置２４と、後処理装置２３を備えている。後処理装置２３としては、酸化防止剤を乾燥させる乾燥装置や電気炉などがある。このように、表面処理装置１２Ｂは、鋼帯１の温度を上昇させる装置を少なくとも１以上含むことになる。

なお、図２、図３に示した後処理装置２３のうち、加熱装置１３で同じ作用を施すことができるものは省略して、加熱装置１３に統合することができる。

また、表面処理装置１２の出口と、プレス成形装置１４の間は、連続した鋼帯１の温度低下を避けるために、保熱カバー（図示せず）などで極力覆うようにするのが好ましい。

次に、この実施形態１において用いるプレス成形装置１４としては、通常の冷間プレス装置を適用することも可能であるが、熱間プレスを行うため、プレス金型の内部を水冷する構造としたり、プレス成形品を焼入れするために冷却装置を併設したりしてもよい。その冷却装置はプレス成形装置１４と一体である必要はなく、プレス成形装置１４と冷却装置をこの順に並べて設置しても良い。

［実施形態２］
本発明の実施形態２におけるプレス成形設備の概略側面図を図４に示す。

この実施形態２におけるプレス成形設備１０Ｂは、上記の実施形態２におけるプレス成形設備１０Ａと基本的な構成は同じであるが、プレス成形前の鋼帯１やプレス成形後の鋼帯２の搬送手段として、搬送テーブル１６などの搬送手段を用いるとともに、牽引力を付与するために、ピンチローラー１７を使用するようにしたものである。

ピンチローラー１７を使用する場合は、図５に概略上面図、図６に図５のＡ−Ａ矢視図を示すように、プレス成形後の鋼帯２のプレス成形部２ａを避けて、鋼帯２のダイフェース部２ｂをピンチローラー１７で押えるようにすればよい。

なお、加熱装置１３とプレス成形装置１４の間に搬送ローラー１６やピンチローラー１７を設置する場合には、プレス成形前にローラー１６、１７との接触による抜熱を極力小さくするため、図５と図６に示したと同様に、鋼帯１のダイフェース相当部分（プレス成形後の鋼帯２のダイフェース部２ｂになる部分）のみがローラー１６、１７に接触するようにするのがよい。

［実施形態３］
上記の実施形態１、２においては、巻戻装置１１が１台であるので、操業を開始するにあたり、巻戻装置１１で巻き戻した鋼帯１の先端を順次各装置（表面処理装置１２、加熱装置１３、プレス成形装置１４、切断装置１５など）の内に通板させることになるが、この通板には手間がかかるため、通板作業はなるべく減らすことが望ましい。

そこで、この実施形態３におけるプレス成形設備１０Ｃでは、図７に示すように、巻戻装置１１を複数（ここでは２台）設置して、先行する鋼帯１ａの後端と後行する鋼帯１ｂの先端を接合することにより、複数の鋼帯１を結合して、連続操業するようにしている。

すなわち、先行する鋼帯１ａの後端および後行する鋼帯１ｂの先端における形状不良部分（タングやフィッシュテールなど）を切断装置３１で切断し、鋼帯１ａ、１ｂの端部の形状を整えた後、接合装置３２で先行する鋼帯１ａの後端と後行する鋼帯１ｂの先端を接合する。

ここで、切断装置３１の切断方式としては、例えば、シャー切断を用い、接合装置３２の接合方式としては、溶接などを用いることができる。

また、鋼帯１の先後端の切断・接合の時間を確保するため、図７に示すように、切断装置３１や接合装置３２の付近にルーパー３３を設けることが好ましい。切断・接合に先立ち、鋼帯１の一部をルーパー３３に貯蔵し、切断・接合作業中には、ルーパー３３から鋼帯１を払い出すことにより、表面処理以降の工程を止めることなく、操業を継続させることができる。

なお、ルーパー３３を用いることにより、トラブルによる一時的な中断にも、操業を止めずに対応できることから、上記の実施形態１、２のように、巻戻装置１１が一台だけのプレス成形設備においても、ルーパー３３を設置することに意味はある。

［実施形態４］
上記の実施形態１〜３においては、プレス成形後の鋼帯２は、切断装置１５に送られ、所定箇所で切断されて成形品３となる。その際に、切断装置１５の切断方式としては、シャー切断やレーザー切断などの各種の切断方式を用いることができるが、鋼帯２がプレス成形時に焼き入れを行った引張強度が１５００ＭＰａというような高張力鋼の場合は、シャー切断では切断が困難であり、レーザー切断とする必要がある。

これに対して、この実施形態４におけるプレス成形設備１０Ｄでは、図８に示すように示すように、切断装置１５の位置を加熱装置１３とプレス成形装置１４の間にしている。

この場合、切断装置１５で切断される鋼帯１は加熱装置１３で加熱直後なので柔らかいため、シャー切断で容易に切断できる。

切断装置１５で切断後の鋼帯（鋼板）４は、ロボットなどの移送装置３４によりプレス成形装置１４に装着され、プレス成形される。

この場合は、プレス成形前に想定外に温度が低下する事態が予測され、切断装置１５とプレス成形装置１４の間に、温度測定手段（図示せず）と補助加熱装置（図示せず）を設け、温度測定手段で測定された温度が所定温度よりも低い場合には、補助加熱装置を作動させて必要な温度まで昇温させることが望ましい。その際に、温度測定手段としては、温度低下を避けるために放射温度計などの非接触方式が好ましく、補助加熱手段としては、急速加熱が可能な通電加熱方式や誘導加熱方式が好ましい。

以上に述べたように、本発明の実施形態１〜４においては、表面処理装置１２で鋼帯１に投入された熱量（熱エネルギー）を効率的に利用して、エネルギーコストを削減することができる。また、副次的な効果として、連続化による生産性の向上も期待できる。

そして、本発明は鋼帯のみに適用可能というわけではなく、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属帯、および、その他の金属合金帯に適用することができる。

さらに、以上の説明では熱間プレスについて述べたが、プレス成形荷重低減や形状凍結性改善を目的とし、高強度鋼板をオーステナイト変態が起こらない温度まで加熱してプレス成形を行う温間プレスにも本発明が適用可能である。

本発明の実施例１として、鋼帯１の表面に酸化防止剤を塗布した表面処理鋼板を所定温度に加熱した後に、プレス成形することにした。

その際に、本発明例として、上記の実施形態１におけるプレス成形設備１０Ａ（図１、図３）を用いて、前処理装置２１と塗布装置２４によって鋼帯１の表面に酸化防止剤を塗布し、後処理装置２３として電気炉によって鋼帯１を１５０〜２５０℃まで加熱して酸化防止剤を乾燥させて、表面処理鋼板とすることを想定した。

ここで、鋼帯１の昇温に必要な熱量は鋼帯１の比熱×昇温量×質量で計算される。２０℃の鋼帯１トンをそれぞれ１５０℃、２００℃、２５０℃まで昇温するのに必要な熱量は表１のようになる。さらに、電力コストを１０円／ｋＷｈ、電気炉の加熱効率を５０％としたときの、鋼板１トン当たりの酸化防止剤の乾燥に必要な加熱コストを表１に合わせて示す。

これに対して、従来例として、従来技術である特許文献１に記載のプレス成形設備９０（図９）を用いて、鋼帯１の表面に酸化防止剤を塗布した表面処理鋼板を所定温度に加熱した後に、プレス成形することを想定した。

その結果、従来例では、表面処理装置とプレス成形装置１４が分かれているために、表面処理装置で鋼帯１に与えられた熱量が、加熱装置１３に入る前に散逸してしまう。室温の表面処理鋼板をプレス成形装置１４でプレス成形するためには、表１の加熱コストが再び必要となる。

これに対して、本発明例の場合は、表面処理後の鋼帯１が、ほとんど熱量を失うことなく、加熱装置１３に入るため、従来例と比較してエネルギーコストを削減することができる。

本発明は、表面処理鋼板のプレス成形に利用することが可能で、プレス成形に必要なエネルギーを削減することができる。

１鋼帯（プレス成形前）
１ａ先行する鋼帯
１ｂ後行する鋼帯
２鋼帯（プレス成形後）
２ａプレス成形部
２ｂダイフェース部
３プレス成形品
４鋼板（切断後の鋼帯）
１０Ａプレス成形設備
１０Ｂプレス成形設備
１０Ｃプレス成形設備
１０Ｄプレス成形設備
１１巻戻装置
１２表面処理装置
１２Ａ表面処理装置
１２Ｂ表面処理装置
１３加熱装置
１４プレス成形装置
１５切断装置
１６搬送ローラー
１７ピンチローラー
２１前処理装置
２２めっき槽
２３後処理装置
２４塗布装置
３１切断装置
３２接合装置
３３ルーパー
３４移送装置
３５一時ストック
３６移送装置
９０プレス成形設備

Claims

鋼帯を巻き戻す巻戻工程と、巻戻工程に連続して鋼帯に表面処理を施す表面処理工程と、表面処理工程に連続して鋼帯を加熱する加熱工程と、加熱工程に連続して鋼帯をプレス成形するプレス成形工程とからなり、これら複数の工程を連続させて鋼帯を処理することを特徴とする表面処理鋼板のプレス成形方法。
鋼帯を巻き戻す巻戻装置と、鋼帯に表面処理を施す表面処理装置と、鋼帯を加熱する加熱装置と、鋼帯をプレス成形するプレス成形装置とをこの順に連続して配してなることを特徴とする表面処理鋼板のプレス成形設備。