JP2013123722A - 熱間プレス成形品およびその製造方法、並びにプレス成形設備 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間プレス成形するに際し、製造時における生産性、部品延性に優れ、必要によって耐食性にも優れた熱間プレス成形品、およびこのような熱間プレス成形品を製造するための有用な方法、並びにこうした熱間プレス成形品を製造するための設備を提供する。
【解決手段】単一部品内に高強度領域および低強度領域を有する熱間プレス成形品を、プレス成形金型を用いて製造するに当たり、鋼板をＡｃ₃変態点以上の温度に加熱した後、プレス成形を開始するに先立ち、前記高強度領域を急速冷却する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車部品の構造部材に使用されるような強度が必要とされる熱間プレス成形品およびその製造方法、並びにプレス成形品を製造するためのプレス成形設備に関し、特に予め加熱された鋼板を所定の形状に成形加工する際に、形状付与と同時に焼入れて所定強度を得る熱間プレス成形品、およびそのような熱間プレス成形品の製造方法、並びにそのためのプレス成形設備に関するものである。

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る。しかしながら、自動車の軽量化のために鋼板を高強度化していくと、伸びＥＬやｒ値（ランクフォード値）が低下し、プレス成形性や形状凍結性が劣化することになる。

この様な課題を解決するために、鋼板（被加工材）を所定の温度（例えば、オーステナイト相となる温度）に加熱して強度を下げた（即ち、成形を容易にした）後、鋼板に比べて低温（例えば室温）の金型で成形することによって、形状の付与と同時に、両者の温度差を利用した急冷熱処理（焼入れ）を行って、成形後の強度を確保する熱間プレス成形法が部品製造に採用されている。

こうした熱間プレス成形法によれば、低強度状態で成形されるので、スプリングバックも小さくなると共に（形状凍結性が良好）、急冷によって引張強度で１５００ＭＰａ級の強度が得られることになる。尚、この様な熱間プレス成形法は、ホットプレス法の他、ホットフォーミング法、ホットスタンピング法、ホットスタンプ法、ダイクエンチ法等、様々な名称で呼ばれている（例えば、特許文献１）。

図１は、上記のような熱間プレス成形（以下、「ホットスタンプ」で代表することがある）を実施するための金型構成を示す概略説明図であり、図中１はパンチ、２はダイ、３はブランクホルダー、４は鋼板（ブランク）、ＢＨＦはしわ押え力、ｒｐはパンチ肩半径、ｒｄはダイ肩半径、ＣＬはパンチ／ダイ間クリアランスを夫々示している。また、これらの部品のうち、パンチ１とダイ２には冷却媒体（例えば水）を通過させることができる通路１ａ，２ａが夫々の内部に形成されており、この通路に冷却媒体を通過させることによってこれらの部材が冷却されるように構成されている。

上記のような金型構成を有するプレス成形機を備えた熱間プレス成形設備は、例えば非特許文献１に開示されている。この設備では、薄鋼板を加熱して軟化させるための加熱炉、加熱した薄鋼板を搬送するための装置、薄鋼板をプレス成形するためのプレス成形機、および成形した成形品をトリミング加工（レーザ等によって最終形状にするための補正加工）するための装置等を備えたものである。

こうした金型を用いてホットスタンプ（例えば熱間深絞り加工）するに際しては、鋼板（ブランク）４を加熱して軟化させた状態で成形を開始する（ダイレクト工法）。即ち、高温状態にある鋼板４をダイ２とブランクホルダー３間に挟んだ状態で、パンチ１によってダイ２の穴内に鋼板４を押し込み、鋼板４の外径を縮めつつパンチ１の外形に対応した形状に成形する。また、成形と並行してパンチ１およびダイ２を冷却することによって、鋼板４から金型（パンチおよびダイ）への抜熱を行うと共に、成形下死点（パンチ先端が最上部に位置した時点：図１に示した状態）で更に保持冷却することによって素材の焼き入れを実施する（ダイクエンチ）。こうした成形法を実施することによって、寸法精度の良い１５００ＭＰａ級の成形品を得ることができ、しかも冷間で同じ強度クラスの部品を成形する場合に比較して、成形荷重が低減できることからプレス機の容量が小さくて済むことになる。このような成形方法は例えば特許文献２にも開示されている。

上記した手順では、前記図１に示したような単純な形状の熱間プレス成形品を、鋼板の段階から金型内で成形と焼入れを同時に行う方法（ダイレクト工法）を示したが、本発明で適用する熱間プレス方法は、こうした工法に適用する場合に限らず、比較的複雑な形状の成型品を製造する場合にも適用できるものである。

即ち、比較的複雑な形状の成型品を製造する場合には、１回のプレス成形では製品の最終形状までを作り込むことが難しいことがある。この様な場合には、熱間プレス成形の前工程で冷間プレス成形を行う方法を採用することができる（この方法は、「インダイレクト工法」と呼ばれている）。インダイレクト工法では、成形が難しい部分を冷間加工によって近似形状まで予め成形しておき、その他の部分を熱間プレス成形する方法である。この方法を採用すれば、例えば成型品の凹凸部（山部）が３箇所あるような部品を成形する際に、冷間プレス成形によって、その２箇所まで成形しておき、その後に３箇所目を熱間成形することになる。

従来のホットスタンプ法による成形品では、焼入れによって硬度が上昇するため、剪断抵抗の増大に伴い穴加工やトリム加工が困難になるという問題がある（特に、ダイレクト工法を採用した場合）。また、加工できたとしても、工具破損や工具摩耗の影響がある他、ブランク材の切断面近傍に高い残留応力が生じるため、遅れ破壊の原因となる恐れがある。従って、例えばトリム加工するに際してはレーザ切断を利用することになるが、レーザ切断を適用すると高価となり、高コストの原因となる。こうしたことから、金型よるトリム加工（これを「ダイトリミング」と呼ぶことがある）が可能であるような方法が望まれている。また、金型内急冷（ダイクエンチ）を行うため、成形下死点で一定時間保持する必要があり、生産性が低いことも高コストの原因となっている。

自動車車体構造における耐衝突安全部品では、耐衝撃性部位とエネルギー吸収部位の両機能を持たせる必要がある。この様な部品を作製するには、これまでは高強度のハイテンと、低強度で伸びのあるハイテンをレーザ溶接（テーラードウエルドブランク：ＴＷＢ）して、冷間でプレス成形する方法が主流であった。一方、従来のホットスタンプ法によって得られた成形品では、強度上昇に伴って、材料延性が低下するので、延性が要求されるようなエネルギー吸収部位としての機能を発揮させることが困難となる。また、金型焼入れ（ダイクエンチ）によって高強度となっているので、スポット溶接時に形成される熱影響部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ：ＨＡＺ）で材料的な軟化が生じやすい。こうした部分に、衝撃荷重を受けた場合には、ＨＡＺを起点として破壊が生じることも部品延性を低下させる原因となっている。

上記の問題を回避する方法として、ホットスタンプ成形品の一部の強度をあえて低下させた技術、即ち一つの部品内に異なる強度領域（高強度領域および低強度領域）を作り分ける技術も提案されており、この様な技術はテーラード・テンパリングやソフトフランジと呼ばれている。こうした技術として、例えば特許文献３では、低強度領域と接する金型について、凹みをつけて接触面積を減らしたり、加熱手段を設けて部分的に金型温度を上げたり、或は金型の材質を熱伝導率の低いものを使用して冷却速度を遅くすることによって、低強度領域を作り分ける技術が提案されている。

しかしながら、この様な技術では、金型内の冷却速度を遅くすることによって、低強度領域を作り分けているため、成形品を金型内に留めておく時間（ダイクエンチ時間）が長くなり、従来のホットスタンプよりもタクトタイムが必然的に長くなり、生産性が極めて低下し、高コストとなる。また金型内にヒータを埋め込んだり、凹みを設けたりするため、金型構造が複雑になり、このことも高コストの原因となる。

特許文献４の技術では、特許文献３の技術と同じように冷却過程での冷却速度を異ならせることに加え、加熱過程で温度分布を付ける方法が提案されている。ホットスタンプの技術によって高強度とするためには、加熱過程でオーステナイト単相の温度域（Ａｃ₃変態点以上の温度域）となるように加熱する必要がある。これを利用して、加熱過程で高強度領域の温度はＡｃ₃変態点以上に加熱し、低強度領域の温度はＡｃ₃変態点よりも低い温度に加熱した状態で、プレス成形およびダイクエンチする技術である。

しかしながら、この方法では、加熱過程で温度分布を受けるために、加熱装置内に遮蔽板を設ける必要があり、装置改造に多大な時間とコストを要することになる。また、部品の設計変更が実施されると、それに伴って遮蔽板を変更する必要があり、煩雑となる。

一方、成形品への要求特性として、特に車体下部（アンダーボディ）では良好な耐食性が求められる。こうしたことから、プレス成形品の素材となる鋼板としては、表面にめっき処理を施した表面処理鋼板（めっき鋼板）を用い、プレス成形品の耐食性を向上させることも行われている。現在、ダイレクト法で用いるホットスタンプ用めっき鋼板としては、Ａｌ−Ｓｉ系めっき鋼板が広く用いられている。

犠牲防食性を発揮するものとして、所定量のＦｅを含有するＺｎ−Ｆｅ系めっき層を素地表面に形成した表面処理鋼板（Ｚｎ−Ｆｅ系めっき鋼板）が用いられるようになっている。しかしながら、この様な表面処理鋼板を用いた場合に、インダイレクト法においては、プレス成形中に、溶融亜鉛が引張り応力を受ける鋼板の粒界に侵入し、遅れ破壊を引き起こす液体金属脆化（Ｌｉｑｕｉｄ−Ｍｅｔａｌ Ｅｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ：ＬＭＥ）が発生するという別の問題があり、成形品をアンダーボディに適用することが困難になる。

特開２００２−１０２９８０号公報 特開２００７−２７５９３７号公報 特開２００３−３２８０３１号公報 特開２００７−７５８３４号公報

「新しい自動車生産ライン 熱間プレス成形とレーザ加工」：藍田和雄（ＡＰ＆Ｔ）、ＦＯＲＵＭ ｏｎ ＬＡＳＥＲ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ２０１０、ｐｐ．４２−４９

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱間プレス成形するに際し、製造時における生産性、部品延性に優れ、必要によって耐食性にも優れた熱間プレス成形品、およびこのような熱間プレス成形品を製造するための有用な方法、並びにこうした熱間プレス成形品を製造するための設備を提供することにある。

上記目的を達成することのできた本発明方法とは、単一部品内に高強度領域および低強度領域を有する熱間プレス成形品を、プレス成形金型を用いて製造するに当たり、鋼板をＡｃ₃変態点以上の温度に加熱した後、プレス成形を開始するに先立ち、前記高強度領域を急速冷却する点に要旨を有するものである。

本発明方法における具体的な条件として、プレス成形前の鋼板の温度が、高強度領域で６００℃以下、マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ以上であり、低強度領域で６５０℃以上であり、プレス成形前急速冷却開始からプレス成形開始までの時間が３０秒以内であることが好ましい。

また、プレス成形後の離型時の成型品温度が、高強度領域で（マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ＋１００℃）以下、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ以上であり、低強度領域で（マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ＋１００℃）以上であることが好ましい。

本発明方法においては、（ａ）離型後に成形品を放冷するようにしてもよいが、（ｂ）成形後に、高強度領域を平均冷却速度５℃／秒以上で、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ以下の温度まで冷却するようにしても良い。

本発明で用いる鋼板として、素地鋼板表面にＺｎ−Ｆｅ系めっき層の形成された表面処理鋼板を用いる場合には、成形開始温度が、めっき層中のＦｅ含有量に応じためっき層の凝固点以下の温度とすることが好ましい。また、本発明で用いる鋼板は、Ｚｎ−Ｆｅ系めっき鋼板に限定するものではなく、非めっき鋼板、Ａｌ−Ｓｉ系めっき鋼板を用いても構わない。

本発明は、上記のような製造方法によって得られた熱間プレス成形品も包含する。また、このような熱間プレス成形品を製造するためのプレス成形設備としては、加熱炉とプレス成形機を備え、前記加熱炉とプレス成形機の間には、加熱された鋼板の高強度領域を部分急冷するための冷却部が設けられたものが有用である。

本発明によれば、単一部品内に高強度領域および低強度領域を有する熱間プレス成形品を、プレス成形金型を用いて製造するに際して、鋼板をＡｃ₃変態点以上の温度に加熱した後、プレス成形を開始するに先立ち、高強度領域を急速冷却するようにしたので、低強度領域における延性に優れ、部品延性にも優れた熱間プレス成形品を生産性良く製造することができる。

熱間プレス成形を実施するための金型構成を示す概略説明図である。 ヒートパターンのイメージを示す模式図である。 Ｆｅ−Ｚｎ二元系状態線図である。 従来の熱間プレス成形設備の構成例を示す概略説明図である。 本発明のプレス成形設備の一例を示す概略説明図である。 本発明のプレス成形設備の冷却部の構成例を示す概略説明図である。 本発明のプレス成形設備の冷却部の他の構成例を示す概略説明図である。 本発明のプレス成形設備の冷却部の更に他の構成例を示す概略説明図である。

本発明者らは、単一部品内に高強度領域および低強度領域を有する熱間プレス成形品を、部品延性を確保しつつ生産性良く製造すべく、様々な角度から検討した。その結果、プレス成形金型を用いて鋼板をプレス成形して熱間プレス成形品を製造するに際して、鋼板をＡｃ₃変態点以上の温度に加熱した後、プレス成形を開始するに先立ち、高強度領域を急速冷却するようにすれば、低強度領域における延性に優れ、部品延性にも優れた熱間プレス成形品を生産性良く製造できることを見出し、本発明を完成した。

本発明方法においては、熱間プレス方法による効果を発揮させるためには、鋼板をＡｃ₃変態点以上の温度に加熱する必要がある。加熱温度がＡｃ₃変態点未満であると、加熱時に適切な量のオーステナイトが得られず、良好な成形性が確保できない。加熱温度の好ましい下限は鋼板の（Ａｃ₃変態点＋５０℃）以上である。

鋼板の加熱温度の上限は、１０００℃程度までとすることが好ましい。この加熱温度が１０００℃よりも高くなると、加熱炉からプレス成形機（後記図５参照）に搬送する間に酸化スケールの生成が著しくなって（例えば、１００μｍ以上）、成形品の板厚（デスケーリング後の厚さ）が所定のものより小さくなる可能性がある。また、めっき鋼板を用いる場合には、めっき層の酸化が進み、めっき品質が劣化する可能性がある。加熱温度の好ましい上限は９５０℃以下である。

本発明方法のヒートパターンのイメージを、模式的に図２（ＣＣＴ曲線：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ）に示す。本発明方法では、高強度領域（高強度部位としたい領域：図中「領域Ａ」で示す）を、プレス成形前に急速冷却すると共に、低強度領域（低強度部位としたい領域：図中「領域Ｂ」で示す）を、そのまま高温の状態で同時にプレス成形を行う。そして、下死点でのダイクエンチ時間は極力短くする。こうした条件でプレス成形を行うことによって、プレス成形前に急速冷却された領域Ａでは、拡散変態を生じるノーズ（拡散型変態の境界）に掛かることなく、マルテンサイト変態（無拡散変態）を生じ、高強度となる。一方、領域Ｂでは、短時間のダイクエンチによって、離型後の冷却速度が緩やかなものとなるため、拡散変態を生じ、低強度となる。こうした効果を発揮させるためには、高強度領域における急速冷却時の平均冷却速度は、少なくとも２７℃／秒以上とすることが好ましく、より好ましくは４０℃／秒以上である。

このとき、具体的な条件として、プレス成形前の急速冷却開始（領域Ａ）からプレス成形開始までの時間は３０秒以内（より好ましくは２０秒以内）とし、プレス成形前の鋼板の温度が、高強度領域（領域Ａ）で６００℃以下、マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ以上とすることが好ましい。この温度は、高強度領域での急速冷却終了温度に相当する。一方、低強度領域（領域Ｂ）では、基本的に急速冷却はしないが、加熱後プレス成形前に鋼板の温度が低下することもあり、こうした場合を想定してプレス成形前の低強度領域の温度は６５０℃以上とすることが好ましい。また、ダイクエンチ時間（下死点保持時間）は、５秒以内（より好ましくは３秒以内）とすることが好ましい。

プレス成形後の離型時の鋼板温度（成型品温度）は、高強度領域で（マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ＋１００℃）以下、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ以上であり、低強度領域で（マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ＋１００℃）以上であることが好ましい。この様に制御することによって、高強度領域ではより高強度が達成されると共に、低強度領域ではより低強度が実現できる。プレス成形後の離型時の鋼板温度（成型品温度）は、より好ましくは高強度領域でマルテンサイト変態開始温度Ｍｓ以下であり、低強度領域で（マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ＋１８０℃）以上である。

本発明方法においては、離型後に成形品を放冷するようにしてもよいが、成形後に、高強度領域のみを平均冷却速度５℃／秒以上で、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ以下の温度まで冷却（二次冷却）するようにしても良い。これによって、高強度領域が確実に焼入れされ、その領域のより高強度化が達成される。尚、二次冷却の平均冷却速度は、より好ましくは１０℃／秒以上であり、更に好ましくは２０℃／秒以上である。

本発明によれば、プレス成形前に高強度領域を部分冷却しつつ、低強度領域は基本的には成型前に冷却しないで作り込むようにしたので、例えばしわ押え部（フランジ）を低強度領域とすることによって、ダイトリミングが可能となり、レーザ切断機を使用しなくても済むことになり、低コストが実現できることになる。また、低強度領域のダイトリミングが可能となることによって、金型の摩耗や破損の懸念も低減できるという利点もあり、こうしたことも低コストに繋がることになる。更に、低強度領域をダイトリミングするために、切断面近傍に高い残留応力が発生しないことになり、遅れ破壊の懸念も解消されることになる。しかも、プレス成形前に部分的に急速冷却することは、それだけダイクエンチ時間が短縮できることになり、生産性向上となり、この点での低コスト化に繋がることになる。

本発明方法によって得られる成形品では、低強度領域の材料延性が向上するため、成形品全体の成形性が向上することになる。また、溶接を行っていたようなフランジ部に低強度領域を想定して成形品を製造すれば、溶接に伴うＨＡＺでの材料軟化が低減できるため、衝撃荷重を受けた際のＨＡＺ起点の破壊を抑制でき、成形品の延性も向上することになる。

ところで、プレス成形の素材（ブランク）としてＺｎ系めっき鋼板を用いる場合には、上記のようなＬＭＥの問題がある。ホットスタンプにおけるＬＭＥは、成形中のＺｎ系めっき鋼板において、引張応力が掛かる箇所に溶融亜鉛が侵入することによって発生すると考えられる。即ち、Ｚｎ系めっき層の凝固点以下でプレス成形を行えば、ＬＭＥは発生しないことになる。従って、前記図２に示したように、プレス成形中に引張応力が生じる曲げ部位を含む領域Ａのみをプレス成形前に急速冷却し、Ｚｎ系めっき層の凝固点（Ｆｅ含有量に応じた凝固点：図２中「Ｆｐ」で示す）よりも低い温度となるようにプレス成形を行うことで、ＬＭＥを回避しつつ高強度化を図ることができる。一方、その他の部分（低強度領域：図２に示した領域Ｂ）では、引張応力はあまり生じないために、ＬＭＥは生じにくい。この低強度領域については、めっき層の凝固点よりも低い温度で成形することが好ましいが、プレス成形による影響をあまり受けないことから、必ずしも凝固点よりも低い温度で成形する必要はなく、所望の低強度が得られる温度域で成形を開始すれば良い。

図３は、Ｚｎ−Ｆｅ二元系状態線図である。図中の破線部分は液層を含む領域と固相の領域の境界（即ち、凝固点に相当：図中「Ｆｐ」で示す）を示しており、この境界より下が固相領域となる。Ｚｎ−Ｆｅ系めっき層は、めっき層中のＦｅ含有量によってＦｐの温度が異なるため、Ｆｅ含有量に応じて、成形前の亜鉛めっき層の温度がＦｐ（凝固点に相当）以下となるように冷却を行う。尚、表面処理鋼板を凝固点以下の温度まで冷却した段階で、直ちにＺｎ−Ｆｅ系めっき層の全てが凝固する訳ではないが、少なくとも凝固点以下の温度まで冷却することによって、固相が一部でも析出した段階で成形を開始することによって、上記のような効果が発揮されることになる。

本発明方法において、プレス成形の素材（ブランク）としてＺｎ−Ｆｅ系めっき鋼板を用いる場合には、Ｚｎ−Ｆｅ系めっき層中のＦｅ含有量に応じためっき層の凝固点以下の温度でプレス成形を行なうようにしたので、ＬＭＥの問題は基本的に生じない。従って、ホットスタンプによって製造したプレス成形品においても、Ｚｎ−Ｆｅ系めっき鋼板が有する犠牲防食性を発揮させることができ、アンダーボディへの適用が可能となる。

本発明方法で用いる鋼板の鋼種については高強度鋼板としての通常の化学成分組成のものであれば良い。こうした鋼板としては、例えば下記表１に示した化学成分組成を有する鋼板が挙げられる。この鋼板のＡｃ₃変態点：８３２℃、マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ：４１１℃、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ：２６１℃である。尚、上記鋼板のＡｃ₃変態点、ＭｓおよびＭｆは、下記の（１）式〜（３）式を用いて求められる値である（例えば、『熱処理』４１（３）,１６４〜１６９，２００１ 邦武立朗「鋼のＡｃ₁，Ａｃ₃およびＭｓ変態点の経験式による予測」）。
Ａｃ₃変態点（℃）＝−２３０．５×［Ｃ］＋３１．６×［Ｓｉ］−２０．４×［Ｍｎ］−３９．８×［Ｃｕ］−１８．１×［Ｎｉ］−１４．８×［Ｃｒ］＋１６．８×［Ｍｏ］＋９１２ …（１）
Ｍｓ（℃）＝５６０．５−｛４０７．３×［Ｃ］＋７．３×［Ｓｉ］＋３７．８×［Ｍｎ］＋２０．５×［Ｃｕ］＋１９．５×［Ｎｉ］＋１９．８［Ｃｒ］＋４．５×［Ｍｏ］｝ …（２）
Ｍｆ（℃）＝Ｍｓ−１５０．０ …（３）
但し、［Ｃ］，［Ｓｉ］，［Ｍｎ］，［Ｃｕ］，［Ｎｉ］，［Ｃｒ］および［Ｍｏ］は、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，ＣｒおよびＭｏの含有量（質量％）を示す。また、上記（１）式、（２）式の各項に示された元素が含まれない場合は、その項がないものとして計算する。

本発明では、必要によって鋼板表面に形成されるＺｎ−Ｆｅ系めっき層中のＦｅ含有量については、特に限定するものではなく、５質量％以上（より好ましくは１３質量％以上）であればめっき層としての機能を発揮するが、Ｆｅ含有量があまり過剰になると耐食性、塗膜密着性、溶接性等が劣化しやすくなるので、８０質量％以下であることが好ましい（より好ましくは２０質量％以下）。

尚、上記Ｚｎ−Ｆｅ系めっき層には、Ｆｅ以外の合金元素（例えば、Ａｌ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｍｇ，Ｓｎ，Ｐｂ等）を３．３質量％程度まで含むことも許容できるものであり、これらの元素は前記含有量程度では凝固点に与える影響が少ないものである。また、Ｚｎ−Ｆｅ系めっき層には、これらの成分以外にも、Ｂｅ，Ｂ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，Ｓｂ，Ｃｄ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｓｒ等のいくつかの不可避的不純物も含み得る。

ところで、従来の熱間プレスラインは、図４（概略説明図）に示すような構成（設備構成）となっているのが一般的である。即ち、図４に示すように、コイル状態の鋼板１０を切り出し機１１によって切り出した後（Ｂｌａｎｋｉｎｇ）、加熱炉１２内で加熱し、その後、プレス成形機１３に搬送してプレス成形を行うことによって、プレス成形品１４が得られる。

本発明では、鋼板を加熱炉で所定の温度に加熱した後、そのままプレス成形機に搬送して成形を開始するのではなく、一部（高強度領域）を急速冷却してから成形を開始するものである。こうした方法を実施するに際しては、例えば図５〜８（概略説明図）に示すような設備構成を採用すれば良い。

このプレス成形設備においては、加熱炉１２の内部に、加熱炉１２に付随して冷却部１５が備えられ、鋼板１０を加熱炉１２からプレス成形機１３に移動するまでに鋼板の一部を急速冷却する。この冷却部１５は、加熱炉１２とプレス成形機１３の間の備えるようにしても良い（例えば図６〜８の「冷却部」または「冷却帯」参照。）。冷却部１５で行う冷却では、例えば下記（１）〜（４）等の方法で（或は併用して）冷却を実施することができる。

（１）冷媒としての金属と接触させる手段（例えば、水冷ロールなどによる冷却手段）を設けて冷却する。
（２）ガス冷却手段を設けてガスジェット冷却する。
（３）ミスト冷却手段を設けて冷却する（例えば図８）。
（４）ドライアイスショット手段（顆粒ドライアイスをブランク材に衝突させて冷却する）を設けて冷却する。

本発明の冷却設備（冷却部）を用いた冷却では、冷却と同時に雰囲気を制御することも好ましい。特に非めっき鋼板を用いる場合には、雰囲気を制御（例えば、窒素やアルゴン雰囲気）して、薄鋼板の表面酸化を防止することができる。また比較的低い温度に設定することによって表面酸化を抑制することも可能である。

尚、本発明方法では、鋼板の異なる領域（高強度領域および低強度領域）に応じて、冷却条件が異なるものとなるが、上記（１）〜（４）の冷却手段を、高強度領域だけに設け、鋼板領域に応じた冷却制御を金型内で行うようにすれば良い。

図６は、冷却部の構成例を示す概略図であり、加熱された薄鋼板を金属で挟持して冷却する設備を示す。加熱された薄鋼板は、加熱炉から急冷用の平面金型（冷却専用金型）に搬送され、この金型でプレスすることによって薄鋼板は所定の温度に急冷される（金属挟持による冷却）。冷却後は鋼板を所定の形状を有する金型（プレス専用金型）に搬送してプレス成形すればよい。冷却専用金型の形状は、鋼板を均一に冷却させるために金型の鋼板接触面側が平面であることが好ましいが、あえて温度分布をつける場合や、若干の予備成形を行うためには必ずしも平面である必要はなく段差や曲率を持っていてもよい。

プレス成形は複数回に分けて行ってもよく、例えば図７に示すように平面金型（冷却専用金型）で鋼板を所定の温度まで冷却した後、順次所定の形状を有する金型でプレス成形することで、複雑な形状に成形することも可能である（プレス専用金型１、プレス専用金型２）。更に形状凍結性を付与する工程やダイトリム・ピアスを行う工程を付加してもよい。

またプレス成形前の部分冷却は、金属挟持するものに限られるものではなく、図８に示すように、ミスト（或はエアー）を吹き付けて急速冷却する方法であっても良い。但し、ミストやエアーでは、冷却領域と冷却しない領域の遷移領域が広くなるために、狙いとする領域（高強度領域）を精度良く冷却するためには、金属挟持による冷却であることが好ましい。

前記図６〜７では、冷却手段と金型成形を連続的に行うトランスファープレス成形機を想定したものであるが、本発明で用いるプレス成形機はこうした構成のものに限定されるものではなく、十分な搬送速度が確保できれば、各金型を設置しているプレス成形機を分離した構成のものであっても良い。また、プレス成形機は、圧力の発生機構に機械的な駆動力による機械プレス（メカニカルプレスという）を使用することがプレス時間を短縮する観点からは好ましいが、圧力の発生機構に液圧を使用する液圧プレス（例えば油圧プレス）であっても良い。

１ パンチ
２ ダイ
３ ブランクホルダー
４，１０ 鋼板（ブランク）
１２ 加熱炉
１３ プレス成形機
１４ プレス成形品
１５ 冷却部

Claims (8)

1. 単一部品内に高強度領域および低強度領域を有する熱間プレス成形品を、プレス成形金型を用いて製造するに当たり、鋼板をＡｃ₃変態点以上の温度に加熱した後、プレス成形を開始するに先立ち、前記高強度領域を急速冷却することを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。
2. プレス成形前の鋼板の温度が、高強度領域で６００℃以下、マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ以上であり、低強度領域で６５０℃以上であり、プレス成形前の急速冷却開始からプレス成形開始までの時間が３０秒以内である請求項１に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
3. プレス成形後の離型時のプレス成型品温度が、高強度領域で（マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ＋１００℃）以下、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ以上であり、低強度領域で（マルテンサイト変態開始温度Ｍｓ＋１００℃）以上である請求項１または２に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
4. 離型後に成形品を放冷する請求項３に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
5. 成形後に、高強度領域を平均冷却速度５℃／秒以上で、マルテンサイト変態終了温度Ｍｆ以下の温度まで冷却する請求項３に記載の熱間プレス成形品の製造方法。
6. 前記鋼板として、素地鋼板表面にＺｎ−Ｆｅ系めっき層の形成された表面処理鋼板を用い、プレス成形開始温度が、めっき層中のＦｅ含有量に応じためっき層の凝固点以下の温度である請求項１〜５のいずれかに記載の熱間プレス成形品の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法によって得られたものである熱間プレス成形品。
8. 請求項７に記載の熱間プレス成形品を製造するための設備であって、加熱炉とプレス成形機を備え、前記加熱炉とプレス成形機の間には、加熱された鋼板の高強度領域を部分急冷するための冷却部が設けられたものであることを特徴とするプレス成形設備。

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