JP2015080786A - 鋼板の加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を直接通電加熱により加熱する鋼板の加熱方法を提供する。【解決手段】通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を直接通電加熱により加熱する鋼板の加熱方法であって、鋼板を挟む一対の電極を結ぶ通電方向に前記鋼板を分割して複数の冷却領域を設定し、第１工程は、鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱し、第２工程は、冷却領域それぞれの通電方向に直交する断面積に反比例する降温幅で冷却して、前記断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成し、第３工程は、前記通電方向で鋼板全体に通電してオーステナイト変態完了温度（Ac3）以上に鋼板全体を均一に加熱する。【選択図】図１

Description

本発明は、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を直接通電加熱により加熱する鋼板の加熱方法に関する。

加熱された鋼板を急冷により組織変態させると共に特定形状に成形するホットプレス加工等は、鋼板をオーステナイト完了温度（Ac3）以上に加熱する必要がある。こうした場合の鋼板の加熱手段である直接通電加熱は、加熱時間が短くて済むことから、生産性を向上させやすい利点を有するものの、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を一様に加熱できないことから、利用対象が制限される欠点を有する。これから、直接通電加熱により通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を均一に加熱するため、様々な鋼板の加熱方法が提案されている（特許文献１及び特許文献２）。

特許文献１は、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板（ブランク）に取り付けた電極に供給する電力を前記電極毎に調整することにより、前記鋼板の温度分布を調整する鋼板の加熱方法を開示する（特許文献１・［請求項１］）。電極に供給する電力は、電源と電極間に抵抗を付加して前記電極に供給する電流の強さを制御したり（特許文献１・［請求項２］）、電極に供給する電流の通電時間を制御したり（特許文献１・［請求項３］）して、調整する。電極を当接させた部位周辺を局部的に加熱するため、電極は先端を半径20mm以下の球面状としている（特許文献１・［請求項４］）。

特許文献２は、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板（ブランク）の対向する両端部に配置する対のバー電極の幅を同一にすると共に、前記対のバー電極に挟まれる前記鋼板の領域を矩形に形成する鋼板の加熱方法（通電加熱方法）を開示する（特許文献１・［請求項１］）。通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板は、端部から外方へ張り出す補助部を設け、前記補助部を挟む電極により前記鋼板を複数の矩形に分ける（特許文献１・［請求項２］）。複数の各矩形に割り当てられた対のバー電極は、電極間距離が最大となる対のバー電極の一側をアース電極とし、各電極に付与する電位をアース電極からの距離に対して線形に制御する（特許文献１・［請求項３］）。

特開2002-248525公報 特開2011-183418公報

特許文献１及び特許文献２が開示する鋼板の加熱方法は、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板に複数の電極を割り当て、各電極間に流れる電流の大きさや通電時間を制御して前記鋼板全体を加熱する点で類似する。しかし、鋼板を加熱するジュール熱は電流の二乗に比例するから、電流の強さや通電時間を微妙に増減しても発生するジュール熱の変化が大きくなり、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板全体を均一に加熱することが難しく、どうしても加熱ムラが発生すると考えられる。これは、電極の数が増えれば増えるほど無視できなくなる問題である。

また、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板に対する各電極の配置位置が微少に変化するだけで、電流の強さや通電時間を再調整しなければならない。上述したように、鋼板を加熱するジュール熱は電流の二乗に比例することから、再調整は難しく、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を加熱するまでの待機時間が長くなる虞がある。これでは、実際の生産現場での利用において、短時間で加熱できる直接通電加熱の利点を損なう虞のあることを意味し、ひいては生産性を低下させる問題を引き起こす。

このほか、多数の電極を配置する加熱装置は、構造が複雑で、制御システムを含めた製造コストが高くなったり、故障する箇所が多くなるために平均故障間隔が短くなったり、運用コストが高くついたりする問題も出てくる。このように、複数の電極を用いる特許文献１又は特許文献２が開示する鋼板の加熱方法は、加熱ムラが発生する問題、生産性を高める利点を損なわせる問題、そして加熱装置の製造コスト及び運用コストが高くなる問題を有していた。そこで、こうした問題を解決して、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を直接通電加熱により加熱する鋼板の加熱方法を開発すべく、検討した。

検討の結果開発したものが、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を直接通電加熱により加熱する鋼板の加熱方法であって、鋼板を挟む一対の電極を結ぶ通電方向に前記鋼板を分割して複数の冷却領域を設定し、第１工程は、鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱し、第２工程は、冷却領域それぞれの通電方向に直交する断面積に反比例する降温幅で冷却して、前記断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成し、第３工程は、前記通電方向で鋼板全体に通電してオーステナイト変態完了温度（Ac3）以上に鋼板全体を均一に加熱する鋼板の加熱方法である。

「鋼板を挟む一対の電極を結ぶ通電方向に前記鋼板を分割して」設定される冷却領域は、前記通電方向に直交する仮想境界線で分割された冷却単位で、それぞれに個別の冷却手段や複数又は全部に対応する冷却手段を割り当て、異なる降温幅で冷却される一定の範囲を意味する。各冷却領域の通電方向の長さは、割り当てられた冷却手段によって、隣り合う冷却領域と連続する温度勾配が形成されるように決定する。「鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱」するとは、オーステナイト変態開始温度（Ac1）を超えない目標温度であればよいが、好ましくは前記オーステナイト変態開始温度（Ac1）を超えない限度のできる限り高温に設定された予備加熱温度（PT）まで加熱する。

「冷却領域それぞれの通電方向に直交する断面積」は、設定された冷却領域を鋼板から切り出した場合、前記冷却領域の通電方向に直交する両端面いずれか一方又は前記両端面の平均値とする。冷却領域の両端面の大きさがほとんど変わらない場合、全冷却領域について同じ側の端面を、各冷却領域を代表する断面積として比較する。しかし、冷却領域の両端面の大きさの差が無視できない場合、各冷却領域は両端面の平均値を各冷却領域を代表する断面積として比較する。各冷却領域は、通電方向の長さを自由に設定できるため、前記長さを短くして両端面の大きさをほとんど同じにしたり、前記長さを長くして両端面の大きさに差を設け、両者の平均値を各冷却領域の断面積としてもよい。

「（通電方向に直交する）断面積に反比例する降温幅で冷却」するとは、通電方向に直交する断面積が大きければ第１工程で加熱された温度からの降温幅が小さく、また通電方向に直交する断面積が小さければ前記温度からの降温幅が大きいことを意味する。降温幅は、冷却領域の数だけあり、例えば冷却領域が４つあれば、４つの異なる降温幅が設定される。この場合、隣り合う冷却領域それぞれに設定された降温幅の差は、同じでも、異なっていてもよい。「断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配」とは、断面積の大きなところが高温で、断面積の小さなところに向けて降温され、相対的に温度が低くなっている状態を意味する。

本発明の鋼板の加熱方法は、加熱された鋼板がオーステナイト変態を開始する前に、直接通電加熱により加熱されやすいところ＝通電方向に直交する断面積の小さな冷却領域を大きな降温幅で冷却し、また直接通電加熱により加熱されにくいところ＝通電方向に直交する断面積の大きな冷却領域を小さな降温幅で冷却する又は冷却しない（この場合、降温幅が「０」）ことにより、通電方向に直交する断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を鋼板全体に形成する。これにより、再び通電して加熱した際、鋼板全体を、一様にオーステナイト変態完了温度（Ac3）以上、例えば前記オーステナイト変態完了温度以上に設定された焼き入れ温度（QT）にまで昇温させる。

第１工程は、鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱する。鋼板全体で加熱温度が不均一の場合、最高温度がオーステナイト変態開始温度（Ac1）であればよい。これから、第１工程は、直接通電加熱、炉加熱、赤外線加熱又は誘導加熱により、鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱できる。直接通電加熱は、鋼板を挟む一対の電極に通電して発生させるジュール熱により鋼板を加熱する。炉加熱は、電気炉等に収納して鋼板を加熱する。赤外線加熱は、高エネルギーの赤外線を照射して鋼板を加熱する。誘導加熱は、鋼板に照射する電磁誘導が発生させるジュール熱により鋼板を加熱する。製造コストを低減する観点から、第３工程に用いる直接通電加熱を第１工程にも用いることが好ましい。

第２工程は、冷却領域毎に降温幅を異ならせて冷却できれば、冷却手段を問わない。例えば第２工程は、冷却領域それぞれに吹き付ける冷却気体の温度を異ならせたり、冷却領域それぞれに吹き付ける冷却気体の風量を異ならせたりして、通電方向に直交する断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成する。冷却気体は、オーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱された鋼板より相対的に温度の低い気体であればよい。こうした冷却気体は、吹き付けた点から周囲に拡散するため、通電方向に直交する断面積の大きなところから小さなところに向けて連続的に降温幅が異なり、連続した温度勾配の形成ができる。冷却気体の温度又は風量が異なると、降温幅を左右する冷却気体の熱容量が増減される。

また、第２工程は、冷却領域それぞれに押し当てる冷却ブロックの温度を異ならせたり、冷却領域それぞれに押し当てる冷却ブロックの接触時間を異ならせたりして、通電方向に直交する断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成してもよい。冷却ブロックは、金属製又は熱伝導率が高いセラミックス製で、オーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱された鋼板より相対的に温度の低い塊状物であればよい。こうした冷却ブロックは、冷却気体に比べて比熱が大きいために降温時間を短くできる。冷却ブロックの温度が異なると、降温の温度勾配に差が生じ、同じ時間での降温幅に差ができる。また、冷却ブロックの接触時間が異なると、熱交換される熱量に差が生じ、同じ時間での降温幅に差ができる。

第３工程は、鋼板全体を一様に急冷できれば、冷却手段を問わない。これから、第３工程は、鋼板全体に押し付けた成形型により鋼板全体を製品形状に成形すると共に、成形型への熱伝導により鋼板全体を急冷すれば、本発明をホットプレス加工に利用できる。成形型に、冷却気体の噴出口及び回収口を設けておけば、前記成形型は、鋼板を成形しない限り、冷却気体を用いる第２工程にも利用しうる。また、成形型が分割して鋼板に押し付けることにより鋼板を成形しない構成であれば、前記成形型は、冷却ブロックを用いる第２工程にも利用しうる。

本発明は、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を直接通電加熱により加熱する鋼板の加熱方法を提供する。これは、従来直接通電加熱を利用して加熱することが難しかった自動車用部材、例えば徐変に断面積が大きくなるピラー等も、直接通電加熱を利用して加熱ムラなく、短時間にオーステナイト変態完了温度（Ac3）まで加熱できることを意味する。これにより、直接通電加熱を利用したホットプレス加工の利用範囲が拡大し、焼き入れされる鋼板製の自動車用部材の生産性を向上させることができる。

本発明の鋼板の加熱方法は、第２工程において、冷却領域それぞれの通電方向に直交する断面積に反比例する降温幅で冷却され、断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成する点に特徴を有する。このとき、冷却領域が通電方向に断続的に冷やされ、前記温度勾配ががたついても、予めオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱された鋼板における局部的な熱平衡により前記温度勾配のガタツキが均されるほか、すぐに鋼板全体をオーステナイト変態完了温度（Ac3）以上に加熱するので、加熱ムラが問題になることはない。

また、本発明の鋼板の加熱方法は、第２工程において、一旦鋼板を一部冷却する時間が追加されているが、前記冷却に先んじた鋼板の加熱はオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満であるため、前記加熱と冷却とを合わせても大した時間を要するわけではないため、単純にオーステナイト変態完了温度（Ac3）以上まで加熱する従来の直接通電加熱に比べて、処理時間はほとんど変わりがない。このため、本発明を利用することで直接通電加熱の生産性を損ねることはなく、むしろ直接通電加熱を利用することで生産性を向上させる適用対象を拡大する効果が得られる。

そして、本発明の鋼板の加熱方法は、第２工程において、一部を冷却するための冷却手段を追加するだけで、直接通電加熱に用いる電極の数が従来と同じであり、冷却手段や電極等の制御も単純で、例えば通電及び遮断の切り換えだけで済むため、加熱装置の製造コストをそれほど押し上げない。また、電極の数が従来と同じで、冷却手段や電極等の制御も単純であるから、加熱装置の運用コストも十分に抑えることができる。このように、本発明は、製造コスト及び運用コストを抑制しつつ、直接通電加熱の利用範囲、ひいては直接通電加熱を利用したホットプレス加工の適用対象を拡大する効果を有する。

本発明の特徴は、鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱した後に通電方向の温度勾配を形成する第２工程にあるため、前記オーステナイト変態開始温度（Ac1）未満の加熱は加熱手段を問わない。このため、第３工程に合わせて直接通電加熱を用いるほか、運用コストが廉価でバッチ処理が可能な炉加熱を用いたり、他の生産設備と兼用して赤外線加熱又は誘導加熱を利用したりできる。こうした第１工程の加熱手段が多用であることは、本発明の適用に際する生産設備の構築を柔軟にする利点をもたらす。

第２工程の冷却手段である冷却気体は、比熱が小さいため、冷却ブロックに比べて降温差を設けることが難しいが、吹き付けた点から周囲に拡散するため、冷却気体の噴射ノズルを１つずつ割り当てる冷却領域が通電方向に長い大きな分割単位で並んでいても、通電方向に滑らかに連続した温度勾配を形成そやすい。これに対し、第２工程の冷却手段である冷却ブロックは、比熱が大きく、接触範囲を一律に冷却するため、温度勾配を滑らかに連続させることが難しいが、第３工程での再加熱により前記温度勾配のガタツキは吸収されるので問題にならず、むしろ隣り合う冷却領域の降温差を大きくして短時間で温度勾配を形成できる。冷却気体及び冷却ブロックは、それぞれ単独で使用されるほか、両者の長短を補って併用してもよい。

本発明の鋼板の加熱方法は、第３工程後の冷却手段として成形型を用いることにより、ホットプレス加工に利用できる。本発明を利用したホットプレス加工は、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板であっても、全体を一様にオーステナイト変態完了温度（Ac3）まで加熱できることから、前記鋼板全体を均質に熱処理（パーライト変態、ベイナイト変態又はマルテンサイト変態）できる。このように、本発明の鋼板の加熱方法は、加熱ムラを発生させず、生産性を損ねず、そして加熱装置の製造コスト及び運用コストを抑制した鋼板の熱処理を実現する。

本発明に基づく熱処理パターンの一例を表すグラフである。 本発明に基づく熱処理パターンの別例を表すグラフである。 直接通電加熱装置による熱処理の準備段階を表す平面図である。 直接通電加熱装置による第１工程の加熱段階を表す平面図である。 誘導加熱装置による第１工程の加熱段階を表す平面図である。 炉加熱装置による第１工程の加熱段階を表す平面図である。 赤外線熱装置による第１工程の加熱段階を表す平面図である。 冷却装置の空冷による第２工程の降温段階を表す平面図である。 空冷の冷却装置による第２工程の降温段階を表す側面図である。 熱伝導の冷却装置による第２工程の降温段階を表す側面図である。 直接通電加熱装置による第３工程の加熱段階を表す側面図である。 成形型によるホットプレス工程の降温段階を表す側面図である。 実施例の鋼板形状を表す斜視図である。 実施例の鋼板の長さ方向のビッカース硬度の分布を表すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。以下の説明における「通電方向」は、第１工程又は第３工程に用いる直接通電加熱において、電源22が交流であるために電流の流れる向きが入れ替わることを無視し、鋼板１に流れる電流の軸線として、直接通電加熱を表す各図中、紙面向かって左側の電極21の右縁を基準に同右側の電極21の左縁に向かう方向と定義し、第１工程に用いる直接通電加熱以外の加熱手段の説明にも利用している。

本発明に基づく加熱方法は、図１又は図２に見られるように、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板１（図３以下参照）を直接通電加熱により焼き入れする前半の熱処理に適用される。本例は、第３工程の直接通電加熱の通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板１を一様に焼き入れし、成形型５によりホットプレス加工する例（後掲図12参照）である。説明を簡単にするため、本例の鋼板１は、厚みが一定で、前記通電方向に延びる軸線を挟んで線対称な平面視台形状としている。このため、断面積は板幅に比例する。

第１工程が直接通電加熱の場合、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板１は、断面積が小さなところ（板幅の狭いところ）の電気抵抗が高くなるため、前記断面積が小さなところほど昇温し、断面積の大きなところから小さなところに向けて上る温度勾配TG1（後掲図４参照）を形成する。例えば通電方向の上流にあるＡ点、中間のＢ点、そして下流にあるＣ点（図３以下参照）は、それぞれ昇温し（図１中、昇温曲線が分離している）、断面積の最も小さいＡ点がオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に設定した予備加熱温度（PT）に達したときに通電を止めて、第２工程に移る。

また、第１工程が誘導加熱で、鋼板１の通電方向に磁力線を形成する場合、前記直接通電と同様に、断面積の大きなところから小さなところに向けて上る温度勾配TG1（後掲図５参照）を形成する。しかし、第１工程が誘導加熱で、鋼板１の表面に直交する磁力線を形成する場合、鋼板１の部分的な昇温差が発生しないので、通電方向の温度勾配TG1を一定にすることもできる。この場合、誘導加熱装置の構成にもよるが、鋼板１全体を一度に加熱できないことが多いため、例えば誘導加熱装置を移動させながら、鋼板１を数個の区分に分けて逐次加熱する。

これに対し、第１工程が炉加熱又は赤外線加熱の場合、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板であっても、鋼板１の部分的な昇温差が発生しないので、通電方向に一様の温度勾配TG1を形成する（後掲図６又は図７参照）。例えば、通電方向に離れたＡ点、Ｂ点及びＣ点（図３以下参照）は、それぞれに一様に温度上昇し（図１、温度曲線が一致している）、前記Ａ点、Ｂ点及びＣ点がすべて予備加熱温度（PT）に達したときに加熱を止めて、第２工程に移る。

第１工程が直接通電加熱の場合、図３に見られるように、長尺な鋼板１の両端を直接通電加熱装置２の電極21,21で挟む。電極21,21は、電源（交流電源）22で結ばれており、前記電極21,21を介して鋼板１へ直接電流を流す。これにより、鋼板１は、図４に見られるように、自身を抵抗体とするジュール熱を発生させ、電極21,21で挟まれた範囲が加熱される。電極21,21で挟まれた部分は、非熱処理領域（非焼き入れ部）として残る。本例が対象とする鋼板１は、前記電流を流す方向＝通電方向に直交する断面積が一様でないため、発生するジュール熱が断面積に反比例して多くなる。

このため、第１工程が直接通電加熱の場合、断面積の小さな部分のＡ点が、断面積の小さな部分のＣ点に比べて高温となり、両者の中間であるＢ点が中間の温度まで加熱され、断面積の大きなところから小さなところに向けて上る温度勾配TG1が形成される（図４中、温度分布のグラフ参照）。本例は、板幅のみに比例して異なる断面積を有する平面視台形状の鋼板１を加熱することから、温度勾配TG1は直線になるが、仮に断面積が通電方向に増減する不規則な鋼板であれば、温度勾配TG1も増減する曲線となる。

第１工程が誘導加熱の場合、図５に見られるように、誘導コイル61を内蔵した誘導加熱装置６へ、搬送ライン63により鋼板１を搬入し、電源62から供給される電流により誘導コイル61が形成する磁界が、鋼板１に通電方向に誘導電流を発生させる。これにより、鋼板１は、自身を抵抗体とするジュール熱を発生させる。本例が対象とする鋼板１は、前記電流を流す方向＝通電方向に直交する断面積が一様でないため、直接通電加熱と同様、発生するジュール熱が断面積に反比例して多くなる。

このため、第１工程が誘導加熱の場合も、断面積の小さな部分のＡ点が、断面積の小さな部分のＣ点に比べて高温となり、両者の中間であるＢ点が中間の温度まで加熱され、断面積の大きなところから小さなところに向けて上る温度勾配TG1が形成される（図５中、温度分布のグラフ参照）。本例は、板幅のみに比例して異なる断面積を有する平面視台形状の鋼板１を加熱することから、温度勾配TG1は直線になるが、仮に断面積が通電方向に増減する不規則な鋼板であれば、温度勾配TG1も増減する曲線となる。

第１工程が炉加熱の場合、図６に見られるように、例えば電源31から供給される電流により加熱される電熱ヒータ（図示略）を内蔵した炉加熱装置３に収納した鋼板１を加熱する。加熱源は、ガスヒータであってもよい。炉加熱は、鋼板１を加熱する時間が直接通電加熱や誘導加熱に比べて時間が掛かるが、一度に複数の鋼板１を加熱できる点で優れている（図６中、２枚の鋼板１を加熱）。また、複数の鋼板１は、いずれも全体が一様に加熱されることから、断面積に関係なく、Ａ点、Ｂ点及びＣ点が同じ予備加熱温度（PT）まで加熱される一定の温度勾配TG1が形成される（図６中、温度分布のグラフ参照）。これは、断面積が通電方向に増減する不規則な鋼板でも同じである。

第１工程が赤外線加熱の場合、図７に見られるように、電源72が接続された赤外線照射部71を内蔵した赤外線加熱装置７へ、搬送ライン73により鋼板１を搬入し、前記赤外線照射界から鋼板１に向けて赤外線を照射することにより、前記鋼板１を加熱する。赤外線加熱は、鋼板１を加熱する時間が直接通電加熱や誘導加熱に比べて時間が掛かるものの、炉加熱より前記時間が掛からず、鋼板１全体を一様に加熱できる。具体的には、断面積に関係なく、Ａ点、Ｂ点及びＣ点が同じ予備加熱温度（PT）まで加熱される一定の温度勾配TG1が形成される（図７中、温度分布のグラフ参照）。これは、断面積が通電方向に増減する不規則な鋼板でも同じである。

直接通電加熱により第１工程で最高温度が予備加熱温度（PT）まで加熱された鋼板１は、図８に見られるように、設定された第１冷却領域11、第２冷却領域12及び第３冷却領域13それぞれの降温幅を変えて冷却し、第１工程で形成された傾斜する温度勾配TG1が反転する温度勾配TG2を形成する。直接通電加熱（図４）や誘導加熱（図５）により温度勾配TG1が傾斜していると、加熱により生ずる温度差が通電方向で入れ替わるように、前記温度差で逆の傾斜の温度勾配TG2を形成する。これに対し、炉加熱（図６）や赤外線加熱（図７）により温度勾配TG1が一定であると、予め加熱により生ずる温度差を測定しておき、前記温度差で逆の傾斜の温度勾配TG2を形成する。

本例は、図９に見られるように、鋼板１を挟んで対向する第１送風ブロック41,41、第２送風ブロック42,42及び第３送風ブロック43,43から構成される冷却装置４を用いて、第１冷却領域11、第２冷却領域12及び第３冷却領域13それぞれを空冷する。第１送風ブロック41、第２送風ブロック42及び第３送風ブロック43は、それぞれ同量の空気（冷却気体）45を吹き出す送風ノズル44の数を異ならせて、前記空気45を鋼板１に吹き付けたときの降温幅を異なるようにしている。第１送風ブロック41、第２送風ブロック42及び第３送風ブロック43の各送風ノズル44から吹き出す空気45の温度を異ならせて、降温幅に差を設けてもよい。

空気45により鋼板１を空冷すると、前記空気45が周囲に拡散し、第１冷却領域11、第２冷却領域12及び第３冷却領域13を超えて鋼板１を冷却する。また、空気45の比熱が小さいため、空気45が衝突した部分のみが急激に冷却されず、むしろ鋼板１の高い熱伝導率により冷却ムラが緩和される。このため、本例の冷却装置４は、特に降温幅が大きくなる鋼板１が細くなる左半分（図８及び図６中左半分）に設定された第１冷却領域11、第２冷却領域12及び第３冷却領域13のみを集中して空冷しながら、空気45の拡散と鋼板１の熱伝導とを利用して、通電方向に滑らかに傾斜する温度勾配TG2を形成する。

第２工程において、冷却時間を短縮したい場合、例えば図10に見られるように、鋼板１を挟んで対向する金属製又はセラミックス製の第１冷却ブロック46,46、第２冷却ブロック47,47及び第３冷却ブロック48,48から構成される冷却装置４を用いる。第１冷却ブロック46、第２冷却ブロック47及び第３冷却ブロック48は、それぞれを第１冷却領域11、第２冷却領域12及び第３冷却領域13に押し当て、吸熱することにより鋼板１を急冷する。この場合、第１冷却ブロック46、第２冷却ブロック47及び第３冷却ブロック48が押し当てられた部分から吸熱され、周囲との温度差を緩和する手段が鋼板１の熱伝導しかないため、通電方向に傾斜する温度勾配TG2はがたつくが、続く第３工程の加熱により前記がたつきは吸収され、熱処理に影響を与えない。

こうして温度勾配TG2（図８参照）が形成された鋼板１は、第３工程において、上記第１工程が直接通電加熱の場合と同様、図11に見られるように、鋼板１の両端を挟む直接通電加熱装置２の電極21,21を介して電源22より鋼板１へ直接電流を流し、電極21,21で挟まれた範囲を、オーステナイト変態完了温度（Ac3）より高い焼き入れ温度（QT）まで加熱する。このとき、断面積の小さいＡ点は、断面積の大きいＢ点及びＣ点より温度上昇が早いが、加熱開始時の温度を前記Ｂ点及びＣ点より低くしているため、Ａ点〜Ｃ点はほとんど同じ経過時間で等しく焼き入れ温度（QT）に達する。

全体が均一の焼き入れ温度（QT）に達した鋼板１は、設定された所定の焼き入れ時間（tq）だけ前記焼き入れ温度（QT）を保持した後、図12に見られるように、金属製の成形型５が押し付けられることによりプレス成形品14となる（ホットプレス加工）。成形型５は、型形状に合わせて鋼板１を塑性変形させて成形すると同時に、熱伝導により鋼板１から急激に吸熱し、少なくともマルテンサイト変態開始温度（Ms）、好ましくはマルテンサイト変態完了温度（MF）まで降温させることにより、鋼板１を焼き入れする。

本発明が対象とする鋼板１は、通電方向に直交する断面積が一様でないため、そのまま直接通電加熱して一様の焼き入れが難しい。本発明は、第２工程において温度上昇の差を加味した温度勾配TG2を形成することにより、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板１を一様に焼き入れ温度（QT）にし、硬度にムラの生じない焼き入れを実現する。こうして、本発明を利用すれば、これまで利用が難しかった鋼板１にも直接通電加熱を用いて加熱できるようになるため、直接通電加熱の利点（例えば生産性の向上）を享受できるようになる。

本発明の熱処理方法により、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板が一様に焼き入れできるかを確認した。実施例に使用した鋼板は、図13に見られるように、焼き入れに適する（オーステナイト完了温度Ac3＝900℃）とされるマンガンボロン鋼（22MnB5）の板材で、長さ280m×幅148mm（短辺）〜幅198mm（長辺）×厚さ1.4mmである。実施例は、炉加熱により全体を一様にオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱した後、空冷により短辺側半分を200℃付近まで冷却し、その後通電装置により交流電流を前記鋼板の長さ方向に通電し、オーステナイト変態完了温度（Ac3）以上に加熱した後、ホットプレス加工のプレス装置を利用して金属ブロックで挟み、全体を一様にマルテンサイト変態完了温度（MF）まで冷却した。

具体的には、鋼板を挟む一対の電極を結ぶ通電方向に前記鋼板を二分割して左半分（図13中左下半分）の冷却領域を設定してから、第１工程として、マッフル炉（間接炎式炉）を用いて鋼板全体を一様に600℃まで加熱し、次に第２工程として、工場設置のブローガン（エアガン）から常温（23℃付近）の空気を前記鋼板の冷却領域（左半分）表面にまんべんなく吹き付けて200℃まで冷却し、第３工程として、鋼板の長手方向両端からそれぞれ40mmを電極で挟んだ通電装置により、鋼板に周波数60Hz、950Aの交流電流を直接通電し、7.2秒掛けて全体を930℃まで加熱し、最後にプレス装置を利用して金属ブロックで挟み、600tonのプレス圧力を加えながら鋼板全体を一様に200℃以下に冷却し、全体を焼き入れ（マルテンサイト変態）した。

電極が接面した範囲の長さ方向及び幅方向の中間点（図13中ａ点及びｈ点）を結ぶ軸線上の８点（ａ点〜ｈ点）についてビッカース硬度を測定した結果を、図14に示す。電極が接面した範囲にあるａ点及びｈ点は、熱処理しない鋼板そのもので硬度が175HV（ビッカース硬度）であったのに対し、焼き入れされたｂ点〜ｇ点は、最低硬度が426HV（ｂ点）、最高硬度が451HV（ｃ点及びｄ点）と硬度差30HV以内に収まっており、ほぼ一様に焼き入れされていることが分かる。これから、本発明を鋼板の熱処理に利用することにより、通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板でも、全体を一様に焼き入れできることが確認できた。

１ 鋼板
11 第１冷却領域
12 第２冷却領域
13 第３冷却領域
２ 直接通電加熱装置
３ 炉加熱装置
４ 冷却装置
41 第１送風ブロック
42 第２送風ブロック
43 第３送風ブロック
44 送風ノズル
45 空気
46 第１冷却ブロック
47 第２冷却ブロック
48 第３冷却ブロック
５ 成形型
６ 誘導加熱装置
７ 赤外線加熱装置
Ac1 オーステナイト変態開始温度
PT 予備加熱温度
Ac3 オーステナイト変態完了温度
QT 焼き入れ温度
tq 焼き入れ時間
Ms マルテンサイト変態開始温度
Mf マルテンサイト変態完了温度
TG1 第１工程の温度勾配
TG2 第２工程の温度勾配

Claims (10)

1. 通電方向に直交する断面積が一様でない鋼板を直接通電加熱により加熱する鋼板の加熱方法であって、
   鋼板を挟む一対の電極を結ぶ通電方向に前記鋼板を分割して複数の冷却領域を設定し、
   第１工程は、鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱し、
   第２工程は、冷却領域それぞれの通電方向に直交する断面積に反比例する降温幅で冷却して、前記断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成し、
   第３工程は、前記通電方向で鋼板全体に通電してオーステナイト変態完了温度（Ac3）以上に鋼板全体を均一に加熱する鋼板の加熱方法。
2. 第１工程は、直接通電加熱により鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱する請求項１記載の鋼板の加熱方法。
3. 第１工程は、炉加熱により鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱する請求項１記載の鋼板の加熱方法。
4. 第１工程は、赤外線加熱により鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱する請求項１記載の鋼板の加熱方法。
5. 第１工程は、誘導加熱により鋼板全体をオーステナイト変態開始温度（Ac1）未満に加熱する請求項１記載の鋼板の加熱方法。
6. 第２工程は、冷却領域それぞれに吹き付ける冷却気体の温度を異ならせて、通電方向に直交する断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成する請求項１〜５いずれか記載の鋼板の加熱方法。
7. 第２工程は、冷却領域それぞれに吹き付ける冷却気体の風量を異ならせて、通電方向に直交する断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成する請求項１〜５いずれか記載の鋼板の加熱方法。
8. 第２工程は、冷却領域それぞれに押し当てる冷却ブロックの温度を異ならせて、通電方向に直交する断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成する請求項１〜５いずれか記載の鋼板の加熱方法。
9. 第２工程は、冷却領域それぞれに押し当てる冷却ブロックの接触時間を異ならせて、通電方向に直交する断面積の大きなところから小さなところに向けて下る温度勾配を形成する請求項１〜５いずれか記載の鋼板の加熱方法。
10. 第３工程は、鋼板全体に押し付けた成形型により鋼板全体を製品形状に成形すると共に、成形型への熱伝導により鋼板全体を急冷する請求項１〜９いずれか記載の鋼板の加熱方法。

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