JP5380632B1

JP5380632B1 - 鋼板部材の強化方法

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Publication number: JP5380632B1
Application number: JP2013528431A
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Inventors: 晃治下津; 勝志大住; 幸弘次田
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Abstract

第１加熱工程は、変態開始温度（ＡＣ１）未満で設定した非焼き入れ温度（ＮＱＴ）まで鋼板を全体的に加熱して一旦加熱を止め、部分冷却工程は、加熱を止めた状態で、変態完了温度（ＡＣ３）以上で設定した焼き入れ温度（ＱＴ）から非焼き入れ温度（ＮＱＴ）を減じて求められる温度差（ΔＴ）を目安として強化部分と非強化部分に温度差が生じるように鋼板の非強化部分を冷却し、第２加熱工程は、非強化部分が変態開始温度（ＡＣ１）未満に留まり、かつ鋼板の強化部分が前記焼き入れ温度（ＱＴ）に至るまで鋼板を再び加熱して加熱を止め、全体冷却工程に移行し、全体冷却工程は、加熱を止めた状態で、鋼板を急冷することにより強化部分のみを焼き入れし、非強化部分は焼き入れしない鋼板部材の強化方法を提供する。

Description

本発明は、部分的な焼き入れを施して鋼板部材を部分的に強化する方法に関する。

自動車には、軽量化のために高張力鋼板が用いられる。高張力鋼板は合金成分の添加、組織の制御などを行って一般の鋼板よりも強度を向上させた鋼板である。高張力鋼板の定義は、国やメーカーによって異なるがおおむね490MPa以上のものが高張力鋼と呼ばれる。高張力鋼板を用いれば、薄く又は小さな鋼板部材でも十分な強度が確保できる。高張力鋼板は、強度が高いため成形性や加工性に乏しい。したがって、成形やその後の加工において高い精度を確保することが難しい。また成形又はその後の加工に用いる金型の耐久性が低下しやすい。

このような問題に鑑みて、高張力鋼板に比べて柔らかい一般の鋼板を、成形又は加工して焼入れしたり、焼入れ時の熱で加熱された鋼板を成形又は加工することが行われている。後者の加工方法はホットプレス加工と呼ばれる。これらの方法によれば、良好な成形性、加工性及び強度を両立させることができる。

焼き入れによる鋼板部材の部分的な強化は、鋼板を部分的に焼き入れして一部のみを強化する方法と、鋼板を全体的に加熱しながらも一部の昇温を抑制して部分的に焼き入れを防止する方法に大別される。本明細書では、鋼板において部分的に焼入れされる部分を強化部分と呼び、焼入れされない部分を非強化部分と呼ぶ。こうした不均一な鋼板部材の強化は、外力による応力の偏在を防止し、前記外力を吸収又は逃がす適切な変形を促す目的や、後加工としてピアッシングやトリミングのために軟らかい部分を残したりする目的がある。部分的に焼き入れする場合は、強化部分を特定しやすい高周波焼き入れが利用される（特許文献１）。逆に部分的に焼き入れを防止する場合は、非強化部分の温度の上昇を抑制する方法が用いられる（特許文献２〜特許文献４）。

特許文献２は、鋼板に電極を接続し通電して焼き入れを行う方法（以下、直接通電加熱と称する）を開示している。当該方法では、直接通電加熱中の鋼板の非強化部分に、（１）鋼板より導電性の高いブロックを接触させて、電流の一部を前記ブロックに迂回させて、非強化部分の昇温を抑える方法（特許文献２のFig.１〜Fig.３）、（２）冷却ガスを吹き付けて、非強化部分の昇温を抑える方法（特許文献２のFig.４〜Fig.６）、又は（３）鋼板より導電性の低いセラミックスなどのブロックを接触させて、非強化部分の熱を吸収して昇温を抑える方法（特許文献２のFig.７〜Fig.８）によって、鋼板を全体的に加熱しながらも非強化部分については焼き入れしないこととしている。

特許文献３も鋼板を全体的に加熱しながらも非強化部分については焼き入れしない焼入方法を開示する。当該方法では、鋼板の非強化部分を断熱材で挟んで、この鋼板と断熱材を電気炉に投入する。そして、非強化部分を変態完了温度（AC3）未満に、残余の強化部分を変態完了温度（AC3）以上に加熱することにより、鋼板に部分的に焼き入れを施す（特許文献３の［請求項１］）。電気炉から取り出した鋼板は、冷却に際してプレス加工したり（ホットプレス加工）、更に後加工したりする（特許文献３の［請求項３］）。断熱材としては、ロックウール、グラスウール、セラミックファイバー、耐熱煉瓦が例示されている（特許文献３、［0026］）。

特許文献４は、鋼板を加熱する途中で鋼板の非強化部分に温度制御部材を接触させて、非強化部分を変態開始温度（AC1）以下に制御する。温度制御部材は、非導電性の材料で構成し、加熱途中の鋼板と同一温度に制御されている（特許文献４の［請求項３］、［請求項５］、［0029］）。加熱の方法として、直接通電加熱を挙げている（特許文献４の［請求項４］など）。特許文献４の方法は、特許文献３の方法の問題を解決するものとされているが、特許文献２が開示する上記（３）の改良ともいえる。

特開平11-140537号公報米国特許第6,903,296号公報特開2009-061473号公報特開2011-136342号公報

鋼板を部分的に焼き入れして強化部分を設ける場合、特許文献１の方法が好適で、それほど大きな問題がない。一方、特許文献２〜特許文献４に開示されている鋼板を全体的に加熱しながらも非強化部分のみを焼き入れしない方法は、それぞれに次のような問題がある。

特許文献２のうち、（１）鋼板より導電性の高いブロックを用いる方法は、前記ブロックを押し当てた周囲の電流に偏りを生じさせて、直接通電により加熱が進む部分と加熱が遅れる部分とが発生し、焼きムラを引き起こす。また、（２）冷却ガスを吹き付ける方法は、非強化部分以外にも冷却ガスが吹き付けられて、非強化部分を制限し難い問題がある。そして、（３）鋼板より導電性の低いブロックを用いる手段は、鋼板を全体的に加熱しながら吸熱しようとすれば、ブロック自体が加熱されていき、非強化部分を変態開始温度（AC1）未満に維持することが難しく、ブロックの耐久性にも問題がある。

特許文献３の方法は、電気炉内の高温雰囲気による輻射熱により鋼板を加熱する（特許文献３の［請求項２］）。断熱材は、輻射熱を遮って非強化部分の昇温を抑える。しかし、電気炉の加熱時間が長いため（900℃、210秒）、断熱材で挟まれていない強化部分に比べて断熱材で挟んだ非強化部分が極端に小さかったりすると、前記強化部分から非強化部分へ熱が伝わり、非強化部分も焼き入れされてしまう。また、電気炉での加熱時間が長いため生産性にも劣る。

特許文献４の方法は、特許文献３に指摘した問題を解決し、また特許文献２の（３）の問題をも解決する。しかし、特許文献４が実施形態に挙げるホットプレス加工を実施する場合、金型との接触が焼き入れの急冷手段となることから、加熱完了後、直ちに加熱された鋼板に金型を接触させなければならない。しかし、温度制御部材を取り除いてから加熱された鋼板を金型で挟む手順では、どうしても急冷までに時間がかかってしまう。これにより、ホットプレス加工を実施する前に非強化部分の温度が上昇してしまうため、結果として非強化部分が少なからず焼き入れされてしまう。また、装置構成や温度制御が複雑である。

このように、特許文献２〜特許文献４の方法は、上述の問題があり、改善の余地がある。そこで本発明の方法では、非強化部分の昇温のみを抑制し、前記非強化部分の周囲に焼きムラを生じさせず、しかも加熱完了後に前記非強化部分を昇温させることなく直ちにホットプレス加工に移行できるようにする。

第１加熱工程、部分冷却工程、第２加熱工程、そして全体冷却工程の順に実施される焼き入れを用いた鋼板部材の強化方法であって、第１加熱工程は、変態開始温度（AC1）未満で設定した非焼き入れ温度（NQT）まで鋼板を全体的に加熱して一旦加熱を止め、部分冷却工程は、加熱を止めた状態で、変態完了温度（AC3）以上で設定した焼き入れ温度（QT）から非焼き入れ温度（NQT）を減じて求められる温度差（ΔT）を目安として強化部分と非強化部分に温度差が生じるように鋼板の非強化部分を冷却し、第２加熱工程は、非強化部分が変態開始温度（AC1）未満に留まり、かつ鋼板の強化部分が前記焼き入れ温度（QT）に至るまで鋼板を再び加熱して加熱を止めて全体冷却工程に移行し、全体冷却工程は、加熱を止めた状態で、鋼板を急冷することにより強化部分のみを焼き入れし、非強化部分は焼き入れしないことを特徴とする鋼板部材の強化方法である。

本発明の鋼板部材の強化方法は、従来同種の方法（例えば、特許文献２〜特許文献４）で単一だった加熱工程を第１加熱工程及び第２加熱工程に分けて、前記第１加熱工程及び第２加熱工程の間に部分冷却工程を行うことを特徴とする。部分冷却工程は、鋼板の加熱を止めた状態で非強化部分のみを冷却し、非強化部分の温度を強化部分に比べて相対的に低くする。鋼板の加熱が止められているので、短時間での冷却が可能である。部分冷却工程では、焼き入れ温度（QT）から非焼き入れ温度（NQT）を減じて求められる温度差（ΔT）を目安として強化部分と非強化部分に温度差が生じるように非強化部分の冷却を行うため、第２加熱工程において非強化部分が変態開始温度（AC1）を越えない。「温度差（ΔT）を目安にする」とは、例えば、QT=930℃、NQT=800℃、AC1=810℃、第２加熱工程の昇温速度=20℃／秒とした場合に、ΔTは、130℃となるが、部分冷却工程において非強化部分を必ず130℃だけ冷却するということでない。冷却する温度は例えば150℃であってもよい。つまり、強化部分がNQT=800℃からQT=930℃に到達するまでに、6.5秒を要する。それに対して、非強化部分の第２加熱工程の開始時点の温度は670℃であるから20℃／秒で6.5秒加熱した場合の温度は800℃であり、AC1を10℃下回る。この場合、余裕を見て強化部分と非強化部分の温度差を150℃に設定すれば、AC1を30℃下回ることになり、非強化部分が意図せず焼入れされることを防ぐことができる。

非焼き入れ温度（NQT）は、変態開始温度（AC1）未満で設定される第１加熱工程の加熱の目標温度である。また、焼き入れ温度（QT）は、変態完了温度（AC3）以上で設定される第２加熱工程の加熱の目標温度である。部分冷却工程において強化部分と非強化部分の間に生じさせた温度差は昇温速度がほぼ同じであり、第２加熱工程においてほとんどそのまま維持されるので、非焼き入れ温度（NQT）は変態開始温度（AC1）とほぼ同一でもよい。しかし、第２加熱工程後に鋼板をAC3以上の一定の温度に保つ温度保持工程を行う場合や、作業の遅延等により第２加熱工程後に速やかに全体冷却工程に移行できない場合など加熱時間が長くなるときは、相対的に温度の高い強化部分から非強化部分に熱が伝わって温度差が小さくなるおそれがある。したがって、非焼き入れ温度（NQT）は、余裕を持たせるために変態開始温度（AC1）よりも低い温度で設定するとよい。なお、変態開始温度（AC1）及び変態完了温度（AC3）は、鋼板の組成により定まる温度である。焼き入れ温度（QT）は、加熱装置の能力や鋼板の変態完了温度（AC3）に応じて決定される。

部分冷却工程では、加熱を一端停止した鋼板の非強化部分に冷却ブロックの端面を接面し、前記冷却ブロックに吸熱させて前記非強化部分を温度差（ΔT）を目安として冷却し、冷却完了後は前記冷却ブロックを鋼板から離れた位置に移動させるとよい。冷却ブロックは、非導電性かつ高伝熱性の素材（セラミックス等）、又は導電性かつ高伝熱性の素材（銅、鉄等）が使用できる。鋼板の加熱が止められているので、非強化部分は冷却ブロックに熱を奪われて速やかに冷却される。冷却ブロックの端面を非強化部分に等しい形状にすると、非強化部分の範囲でのみ吸熱される。また、冷却ブロックの内部に冷却媒体を循環する構成とすれば、温度差（ΔT）が大きな値であっても短時間で確実に冷却を終えることができる。

第１加熱工程は、非焼き入れ温度（NQT）まで鋼板を全体的に加熱する。加熱時間は短くても長くなっても構わない。したがって、第１加熱工程は、電気炉、高周波誘導加熱又は直接通電加熱等により加熱する。これに対し、第２加熱工程は、冷却された非強化部分の昇温を避けるため、できるだけ短時間であることが望ましい。したがって、第２加熱工程は、直接通電加熱により鋼板を加熱するとよい。この場合、第１加熱工程も直接通電加熱を利用すれば、鋼板を移し替えることなく、同一の加熱装置で第１加熱工程及び第２加熱工程を実施できる。

本発明の方法では、非強化部分の冷却に使用した冷却ブロックを、第２加熱工程を行う前に鋼板から離しておくことができるので、前記第２加熱工程に続けて鋼板を急冷するために必要な処置、例えばプレス成形と冷却を兼ねた金型の接触を直ちに実施できる。つまり、全体冷却工程では、冷却と同時に鋼板をプレス成形するホットプレレス加工を好適に採用することができる。プレス成形に用いる金型の一部を部分冷却工程の冷却ブロックと兼用としてもよい。この場合、冷却ブロックの内部に冷却媒体を循環させておくと、第２加熱工程を終えるまでに前記冷却ブロックを十分に冷却し、ホットプレス加工の際に鋼板を急冷することができる。

本発明では、従来の加熱工程を第１加熱工程及び第２加熱工程に分けて、両工程の間に部分冷却工程を行う。そして、部分冷却工程では、第２加熱工程において非強化部分が昇温しても変態開始温度（AC1）未満に留まるように温度差（ΔT）を目安にして非強化部分を冷却しておく。部分冷却工程は、短時間で済むため全行程の律速とはならない。

部分冷却工程において、冷却ブロックを用いれば、端面を鋼板に接面して非強化部分を冷却して、冷却完了後は、第２加熱工程を行う前に冷却ブロックを簡単に鋼板から離しておくことができる。したがって、冷却ブロックを用いれば、部分冷却工程の終了後に直ちに第２加熱工程に移行することができる。本発明の方法では冷却ブロックの縁が鋼板と接面する部分に非強化部分及び強化部分の境界が明確に現れるので、非強化部分に等しい端面を有する冷却ブロックを使用すれば、予め設定したように非強化部分と強化部分を作り分けることができる。更に、冷却ブロックは、内部に冷却媒体を循環させれば、冷却ブロックの昇温が抑制され、短時間に非強化部分を冷却できる。周囲の強化部分から熱が伝わって非強化部分が昇温する前に第２加熱工程に移行することができるので、非強化部分及び強化部分の温度差を維持できる。

第２加熱工程は、直接通電加熱を用いて昇温速度を大きくすれば、強化部分が焼き入れ温度（QT）に至るまでの時間を短縮することができる。第２加熱工程を行う前に上述の冷却ブロックを鋼板から離して邪魔にならない位置に予め待機させておけば、第２加熱工程の終了後に直ちに全体冷却工程に移行することができる。したがって、時間の経過に伴う熱伝導によって非強化部分が昇温したり、逆に強化部分が冷却される前にホットプレス加工の金型等によって鋼板を急冷することができる。すなわち、ごく短時間で全行程が行われるので、熱伝導はほぼ無視できる。

本発明の強化方法で使用する加熱装置の一例を表す正面図である。強化対象となる鋼板を接地した状態の加熱装置の主要部を表す拡大斜視図である。上冷却ブロック及び下冷却ブロックを表す部分拡大斜視図である。鋼板の強化部分及び非強化部分を表す平面図である。本発明の強化方法の一実施例の温度変化を表すグラフである。第１加熱工程（第２加熱工程）を行っている様子を表す図１相当の正面図である。部分冷却工程を行っている様子を表す図１相当正面図である。ホットプレス加工後のインパクトビームの平面図である。ホットプレス加工後のインパクトビームの斜視図である。実施例１並びに比較例１及び２において温度を測定した部位を示す鋼板の平面図である。実施例１のビッカーズ硬さ試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の方法で使用する装置の一例を、図面を参照しながら説明する。本発明の鋼板部材の強化方法は、図１及び図２に示すように、上電極21,21及び下電極22,22と、上冷却ブロック23,23及び下冷却ブロック24,24とを備えた加熱装置１により実施する。上電極21と下電極22でひとつの電極を構成し、第１加熱工程及び第２加熱工程（図５参照）においては左右の電極間に通電して鋼板１を加熱する。本実施例では、第２加熱工程を終えた後、鋼板１を別途用意したプレス装置に搬送して全体冷却工程に相当するホットプレス加工を施してインパクトビーム３（図８及び図９参照）を製造する。

本実施例で使用する加熱装置２は、正面視矩形の装置フレーム25の支柱間に架け渡したビーム26に対して上電極21,21及び上冷却ブロック23,23を昇降自在に支持する。そして、前記装置フレーム25の底辺に固定したベース27に下冷却ブロック24,24を昇降自在に支持する。前記ベース27には、下電極22,22も固定されている。鋼板１は、左右の下電極22,22の間に架け渡される。鋼板１を加熱する際には、鋼板１の上方から上電極21,21を降下させて、鋼板１を挟む。電流は左右の電極の間を流れる。鋼板１を冷却する際には、鋼板１の上方から上冷却ブロック23,23を降下させ、鋼板１の下方から下冷却ブロック24,24を上昇させる。鋼板は上下の冷却ブロック23,24,23,24の端面で挟まれるようにして非強化部分12,13（図４でハッチングを付した領域）が冷却される。

上電極21は、方形の金属ブロックであり、当該金属ブロックの下端面が鋼板１の表面に当接する。上電極21はシリンダ262のロッドに支持される。シリンダ262はアウターチューブを介してビーム26に支持される。下電極22は、ベース27に固定された側面視Ｌ字形の金属ブロックである。前記金属ブロックの垂直部分の上端面が鋼板１の裏面に当接する。鋼板１には、左右の電極21,22,21,22の間にのみ電流が流れる。図２等では電流が流れる領域を破線で示し、そのうち冷却されない部分を強化部分11と呼ぶ。ビームの取付部となる非強化部分14,14（図２及び図４においてハッチングを付した部分に隣接する鋼板の両端の部分）は電流が流れず加熱されない。

上冷却ブロック23は、側面視Ｌ字形の金属ブロックである。上冷却ブロック23は、シリンダ261のロッドに支持される。シリンダ261はアウターチューブを介してビーム26に固定される。下冷却ブロック24も同様に、側面視逆Ｌ字形の金属ブロックである。下冷却ブロック24は、シリンダ271のロッドに支持される。シリンダ271はアウターチューブを介してベース27に固定される。下冷却ブロック24は、鋼板１と常時接触していると、電流の偏りを生じさせて焼きムラの原因となったり、また昇温の妨げになるため、部分冷却工程を行う時以外は鋼板１から離れた位置に待機させる。

上冷却ブロック23は、図３に示したように、鋼板１の側縁用の冷却部231,231と、鋼板１に設けられる貫通孔用の冷却部232とを備える。冷却部231はインパクトビームの外形に沿うように鋼板１の中心線に向かって隆起した形状となっており、鋼板には非強化部分12が形成される。上述のように鋼板１の端部は通電されないため、非強化部分14が形成される。非強化部分14と非強化部分12のうち非強化部分14に隣接する部分は、図４及び図８に示したように、インパクトビームの取付部33,33に対応する部分である。冷却部232,242の形状は円柱である。なお、図３では上電極21及び下電極22は省略して示し、鋼板１は仮想線で表示した。

上冷却ブロック23は、上電極21に側面を摺接させている。したがって、上電極21の側面は、上冷却ブロック23が昇降する際にガイドとして機能する。上電極21及び上冷却ブロック23は、いずれも金属ブロックであるため、摺接する上電極21又は上冷却ブロック23の側面の一方又は双方に絶縁処理を施している。上冷却ブロック23は、導電性が必要ないため、金属ブロックに代えてセラミックスで成形したブロックを用いることもできる。セラミックス製の上冷却ブロック23を使用する場合は、絶縁処理は不要である。下電極22及び下冷却ブロック24も、上電極21及び上冷却ブロック23と同様に構成すればよい。

上冷却ブロック23は、図３に示したように、管路233を内蔵する。管路は冷却ブロック内を蛇行するように配置され、水などの冷却媒体を通す。冷却媒体を用いれば、鋼板を速やかに冷却して部分冷却工程に要する時間を短縮することができる。下冷却ブロック24も、同様に冷却媒体用の管路243を内蔵する。上冷却ブロック23及び下冷却ブロック24は、冷却部231,241,232,242の端面の大きさ（面積）に比べて金属ブロックを十分大きく構成している。これにより、冷却部231,241,232,242の単面が当接する非強化部分12,13を均一かつ急速に冷却することができる。

本発明の実施手順を図４に示したインパクトビームを例に説明する。本実施例では、鋼板１の中ほどを強化部分11に設定する。鋼板11の左右両端部分は非強化部分14,14に設定する。非強化部分14,14は図４の破線に沿って切り取ってビームの取付部となる。非強化部分14に連続するように鋼板１の縁と非強化部分14に隣接する部分には非強化部分12を設定する。非強化部分12の内側に貫通孔33用の非強化部分13を設定する。非強化部分12,12は通電される範囲に位置するが、部分冷却工程により焼入れが防止される。

第１加熱工程では、図６に示したように左右の上電極21,21を降下させて、左右の下電極22,22と左右の上電極21で鋼板１を挟み込む。そして、鋼板の強化部分11に通電し、図５のグラフに示したように非焼き入れ温度（NQT）まで鋼板１を全体的に加熱する。非焼き入れ温度（NQT）は、変態開始温度（AC1）未満の温度とする。第１加熱工程では、通電されない非強化部分14を除いて、強化部分11、非強化部分12及び貫通孔用の非強化部分13を全体的に非焼き入れ温度（NQT）まで加熱する。強化部分11及び非強化部分12,13の温度は、非接触式の温度センサによりそれぞれ個別に計測して、鋼板１全体の温度上昇にムラがないか監視する。

部分冷却工程では、図７に示したように、左右の上冷却ブロック23及び左右の下冷却ブロック24を矢印方向に変位させて鋼板１を挟み込む。上電極21及び下電極22は通電を止めて加熱を止めた状態とする。この時、上電極21及び下電極22は、鋼板１に当接したままでよい。上冷却ブロック23及び下冷却ブロック24を非強化部分12,13に当接させて次式で算出される温度差（ΔT）を目安に部分的に冷却する。図５に鋼板１の温度変化を示す。図５中、太線が強化部分11の温度変化、細線が非強化部分12,13の温度変化である。

第２加熱工程では、左右の上冷却ブロック23,23を上昇させ、左右の下冷却ブロック24,24を下降させて、図６の状態にする。この状態で、左右の電極21,22,21,22の間の強化部分11に通電する。図５に示したように、非強化部分12,13が変態開始温度（AC1）未満に留まり、かつ鋼板１の強化部分11が焼き入れ温度（QT）に至るまで加熱後、通電を止めて加熱を停止する。焼入れ温度到達後に所定時間にわたって焼き入れ温度（QT）を維持する温度保持工程を行ってもよい。強化部分11及び非強化部分12,13の温度は、上述同様、非接触式の温度センサによりそれぞれ個別に計測される。これにより、強化部分11は焼き入れ温度（QT）に到達しているか、非強化部分12,13は変態開始温度（AC1）未満に留まっているか監視される。

全体冷却工程は、左右の上電極21,21を鋼板１から離して加熱を止めた後に、鋼板１を別のプレス装置（図視略）へ移動させて、プレス型で挟み込んで鋼板１を急冷する。これにより、鋼板１を成形すると同時に強化部分11を焼き入れし、非強化部分12,13を焼入れせずに仕上げる。上冷却ブロック23及び下冷却ブロック24は部分冷却工程終了後に鋼板１から離れているので、加熱装置２からプレス装置へ鋼板１を速やかに移動させることができる。これにより、相対的に温度の高い強化部分11から非強化部分12,13への熱の伝導を最小に留めることができる。

ホットプレス加工を経て鋼板１の縁は切り落とされる。これにより、図８及び図９に示すようなインパクトビーム３が得られる。焼入れされた強化部分11は本体となり、非強化部分14と非強化部分12の縁部は切り落とされて取付部34となり、非強化部分13には貫通孔33が設けられる。非強化部分12,13,14は、焼入れされていないので切削加工が容易であり、高い精度で仕上げることができる。

本発明の鋼板部材の強化方法の実施例を挙げて更に具体的に説明する。

［実施例１］
ドイツ工業規格22MnB5相当の鋼板を用いて、図８及び図９に示すインパクトビームを成形する。この鋼板の変態開始温度（AC1）は810〜840℃であるとされていることから、本実施例では余裕をみて非焼き入れ温度（NQT）を800℃に設定した。また、この変態完了温度（AC3）は850℃であるとされていることから、本実施例では、焼き入れ温度（QT）を930℃に設定した。温度差（ΔT）は、130℃である。

この鋼板を図１等に示した直接通電加熱装置の左右の電極の間に懸架して、鋼板を上下の電極では挟み左右の電極間に通電した。電流値が377アンペアとなるように通電した。昇温速度は130℃／秒である。通電は、上下の冷却ブロックが鋼板に接触していない状態で行った。6.0秒の通電で鋼板の温度が非焼き入れ温度（NQT）である800℃に達した（第１加熱工程）。

鋼板の温度が800℃に達した時点で通電を止めて、鋼板の左右の端部に設定した非強化部分（図４の符号12,13）を上下の冷却ブロックで挟み込み、上下の冷却ブロックの端面を1.5秒間に亘って当接させて部分冷却工程を行った。冷却ブロックは、銅製の図３記載の形状のものを用いており、鋼板には非強化部分12,13,14が形成される。部分冷却工程でも電極は、鋼板に接続したままである。冷却ブロックの内部の管路には、室温の水を循環させている。部分冷却工程の結果、強化部分と非強化部分には200℃の温度差が生じた。すなわち、上述のQT-NQT=130℃（ΔT）を目安として、本実施例では余裕を見て200℃降温させた。上下の冷却ブロックを降下又は上昇の開始から鋼板から上下の冷却ブロックを離すまでの時間は5.0秒であった。

部分冷却工程終了後、左右の電極間に設置した鋼板に180アンペアの電流が流れるように通電し、強化部分の温度が焼き入れ温度（QT）である930℃に至るまで加熱した（第２加熱工程）。昇温速度は20℃／秒である。通電開始後6.4秒で強化部分は930℃に達した。第２加熱工程後の非強化部分の温度は、AC1＝810℃を下回る770℃であった。

第２加熱工程後の鋼板を、プレス装置に移動させて、内部に室温の水を循環させたプレス型を鋼板に対して12秒間に亘って押し付けて、図８及び９のインパクトビームの形状とした。

部分的な焼入れの効果を調べるため、実施例１の鋼板に設けた貫通孔用の非強化部分13の硬度をJIS2244のビッカーズ硬さ試験により調べた。結果を図11のグラフに示す。グラフのＸ軸は、図10に示したように非強化部分41の中心からの位置を示す。ひし形のマーカーは鋼板の幅方向の位置を示し、四角のマーカーは鋼板の通電方向の位置を示す。グラフのY軸はビッカーズ硬さ（HV）である。

実施例１の鋼板では、半径1.5mmの底面を有する円柱を冷却部とした。図11では−15mm及び15mm付近にビッカーズ硬さの変曲点が表れることがわかる。

［比較例１］
実施例１で使用した鋼板と同一の鋼板４を、一対の冷却部で上下から挟んだ状態で鋼板全体の温度が920℃に至るまで加熱した。冷却部は銅で成形した円柱形状の部材とし鋼板４には非強化部分41が形成される。鋼板の加熱は、鋼板の左右の端部に一対の電極42を接続して電流を流すことにより行った。鋼板４の加熱にムラが生じていないか確かめるために、非強化部分41の左右部分（図10の符号43の位置）及び非強化部分41の上下部分（図10の符号44の位置）の温度を測定した。非強化部分41の左右の部分43の温度は1050℃であり、変態完了温度（AC3）を上回った。しかし、非強化部分41の上下の部分44の温度は600℃であり、変態開始温度（AC1）を下回ることが明らかとなった。これは、銅製の冷却部により電流密度に疎密が生じたことに起因すると推測される。以上より、加熱中に冷却部を押し当てる方法では、鋼板に焼入れムラが生じてしまうことが確かめられた。

［比較例２］
比較例１において使用した銅製の冷却部をセラミックに換えたこと以外は比較例１と同様にして鋼板４を920℃まで加熱した。比較例２においては、鋼板４はムラなく加熱された。しかし、冷却部は加熱後に崩れ去ってしまうことから冷却部の耐久性に問題があることが確かめられた。

１鋼板
11 強化部分
12 非強化部分
13 非強化部分（貫通孔用）
14 非強化部分（取付部用）
２加熱装置
21 上電極
22 下電極
23 上冷却ブロック
231 冷却部
232 冷却部（貫通孔用）
233 管路
24 下冷却ブロック
241 冷却部
242 冷却部（貫通孔用）
243 管路
25 装置フレーム
26 ビーム
261 シリンダ
262 シリンダ
27 ベース
271 シリンダ
３インパクトビーム
31 強化された本体
32 周縁
33 貫通孔
34 取付部
AC1 変態開始温度
AC3 変態完了温度
QT 焼き入れ温度
NQT 非焼き入れ温度
ΔT 温度差

Claims

第１加熱工程、部分冷却工程、第２加熱工程、そして全体冷却工程の順に実施される焼き入れを用いた鋼板部材の強化方法であって、
第１加熱工程は、変態開始温度（AC1）未満で設定した非焼き入れ温度（NQT）まで鋼板を全体的に加熱して一旦加熱を止め、
部分冷却工程は、加熱を止めた状態で、変態完了温度（AC3）以上で設定した焼き入れ温度（QT）から非焼き入れ温度（NQT）を減じて求められる温度差（ΔT）を目安として強化部分と非強化部分に温度差が生じるように鋼板の非強化部分を冷却し、
第２加熱工程は、非強化部分が変態開始温度（AC1）未満に留まり、かつ鋼板の強化部分が前記焼き入れ温度（QT）に至るまで鋼板を再び加熱して加熱を止めて全体冷却工程に移行し、
全体冷却工程は、加熱を止めた状態で、鋼板を急冷することにより強化部分のみを焼き入れし、非強化部分は焼き入れしないことを特徴とする鋼板部材の強化方法。
部分冷却工程は、加熱を一端停止した鋼板の非強化部分に冷却ブロックの端面を接面し前記冷却ブロックに吸熱させて前記非強化部分を前記温度差（ΔT）を目安として冷却し、冷却完了後は前記冷却ブロックを鋼板から離れた位置に移動させる請求項１記載の鋼板部材の強化方法。
冷却ブロックは、非強化部分に等しい端面を有する請求項２記載の鋼板部材の強化方法。
冷却ブロックは、内部に冷却媒体を循環させている請求項２又は３記載の鋼板部材の強化方法。
第２加熱工程は、直接通電加熱により鋼板を加熱する請求項１〜４のいずれか記載の鋼板部材の強化方法。
全体冷却工程は、冷却と同時に鋼板をプレス成形する請求項１〜５のいずれか記載の鋼板部材の強化方法。