JP5493893B2 - 厚板鋼板の熱間プレス成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、厚板鋼板の熱間プレス成形において、鋼板の板厚方向に強度を変化させた成形部品を形成する方法に関するものである。

一般に、厚板の鋼板を各種の曲面を有する部品に成形する場合には大型のプレス成形機を用いて加工される。従来、この種の曲面加工は、特許文献１や特許文献２に記載のプレス成形型のように、被加工材を金型で挟んで成形する。板厚が薄い場合には冷間で加工されるが板厚が大きくなるとプレスの加圧力が不足するために、特許文献３にあるように鋼板を加熱したうえで熱間プレス成形を行うのが通常である。

ところで、近年、船舶や送風機に代表されるような大型タンクなどの容器や、回転機械おいては、省エネルギーやＣＯ_２削減のニーズから軽量化が望まれるとともに、破損に至るような特異な負荷が加わった際にも不安定破壊である脆性破壊に至りにくいといった破壊特性、即ち高靱性が鋼板部材として要求されている。

鋼板の軽量化には、一般に高強度化が必要で、高強度化を達成するための一つの手法として自動車用薄板鋼板などにおいては、予め加熱炉によって所定の温度に加熱された鋼板を成形用金型のダイス上に載置した状態でポンチを下死点まで降下し、その状態を保持したまま成形用金型の内部に冷媒を供給することで鋼板を一定時間急冷する熱間プレス形成方法を採用している（特許文献４）。この急冷による焼き入れによって鋼板の組織がマルテンサイトに変化することで硬度が上昇し、成形品の強度を大幅に向上させることができる。

特開昭６１−１８６１２５号公報 特開昭５９−１６３０３３号公報 特開平１−１３３６２２号公報 特開２００５−１６９３９４号公報

しかしながら、前述の熱間プレス成形方法は、熱容量の小さい比較的薄い板厚の鋼板に適用が限定されている。特許文献４に示されるような熱間プレス方法を用いた場合鋼板の強度は上昇するものの、その一方で靱性が低下し脆く割れやすくなるため、大きな破損を回避できるような脆性破壊しにくい破壊特性という観点からみると、単純に鋼板の全厚さを高強度化することは好ましくないためである。したがって、厚板鋼板においては、鋼板の板厚方向に強度を変化させ、例えば成形部品の表層のみを高強度とし、高強度層の内側は脆性破壊しにくい靱性を有する成形部品を形成する方法の開発が望まれている。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、厚板鋼板において、鋼板の板厚方向に強度を変化させた成形部品を形成することを目的としている。

前記の目的を達成するための本発明は、熱間プレス成形時に鋼板に冷媒を供給して当該鋼板の成形と急冷を並行して行う急冷金型を用い、所定の温度に加熱された厚板鋼板を熱間プレス成形する方法であって、前記加熱された厚板鋼板を前記急冷金型に載置し、前記急冷金型を下死点で保持しながら前記厚板鋼板に冷媒を供給して前記厚板鋼板を急冷し、その後、前記急冷金型を下死点で保持した状態で前記冷媒の供給を制御することを特徴とし、前記冷媒の供給の制御とは、冷媒の供給を停止し所定の期間経過後再び冷媒の供給を行うこと、冷媒の供給流量を低減し所定の期間経過後に冷媒の供給流量を増加させること、又は冷媒の供給圧力を低減し所定の期間経過後に冷媒の供給圧力を増加させることのいずれかを、少なくとも一回以上繰り返すことをいう。

本発明者らは、厚板鋼板の熱間プレス成形において鋼板の板厚方向の冷却速度を制御できれば、例えば当該鋼板の表面のみを急冷して成形部品の表層のみを高強度とし、高強度層の内側は脆性破壊しにくい低強度とすることで必要な強度と靱性とを兼ね備えた成形部品を形成できる点に着目した。本発明はこの点に着目したものであり、本発明によれば、予め所定の温度に加熱した厚板鋼板に対して急冷金型を用いた熱間プレス成形を適用するにあたり、急冷金型を下死点で保持した状態で冷媒の供給を制御するので、鋼板の板厚方向における冷却速度を変化させることができる。そして、鋼板の板厚方向における冷却速度を制御することで、例えば鋼板の内部には焼き入れを行うことなく、鋼板の表層部のみに対して選択的に焼き入れを施すことが可能となる。これにより、鋼板の板厚方向において異なる強度を有する成形部品を作ることが可能となり、例えば鋼板の表層のみを高強度とし、表層の内側には靱性を持たせて脆性破壊に対する耐性を持たせた成形部品を製作するといったことが可能となる。

なお、前記冷媒は、前記厚板鋼板の上面か下面のいずれか一の面に対して供給してもよい。

前記厚板鋼板は、板厚が４ｍｍ以上で３００ｍｍ未満の鋼板であってもよい。

前記厚板鋼板において冷媒が供給される部位を制御して冷却範囲を限定してもよい。

前記冷媒の供給制御は、前記厚板鋼板の表面温度、又は前記急冷金型における前記加熱された厚板鋼板と対向する面の温度の少なくともいずれか一方を計測し、当該計測結果に基づいて行ってもよい。

前記所定の温度は、Ａ１変態点以上の温度であり、前記冷媒の供給の制御は、前記厚板鋼板の表面における温度がＭｓ点以下となった後で、且つ前記厚板鋼板の厚み方向の全域にわたって室温以下の温度となる前に行われてもよい。かかる場合、前記所定の期間は、前記厚板鋼板においてＭｓ点以下の温度となっていない部位を急冷しても当該部位にマルテンサイト変態が生じなくなる期間であってもよい。

本発明によれば、厚板鋼板の熱間プレス成形において、鋼板の板厚方向に強度を変化させた成形部品を形成することができる。

本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置の構成の概略を示す側面図である。 本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置の構成の概略を示す平面図である。 本発明の適用対象となる急冷金型のダイス表面の拡大図である。 本発明の適用対象となる急冷金型のダイスの説明図である。 本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置により製作した成形部品の説明図である。 他の実施の形態にかかるポンチの説明図である。 他の実施の形態にかかるダイスの説明図である。 他の実施の形態にかかるダイスの説明図である。 他の実施の形態にかかるダイスの説明図である。 実施例にかかる成形部品の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は実施の形態にかかる熱間プレス成形装置１の構成の概略を示す側面図である。図２は実施の形態にかかる熱間プレス成形装置１の構成の概略を示す平面図である。

熱間プレス成形装置１は、加熱装置（図示せず）により所定の温度に加熱された平板状の鋼板Ｋが投入される投入ステージ１０と、投入ステージ１０に投入された鋼板Ｋの成形と急冷とを同時に行う成形急冷ステージ１１と、熱間プレス成形装置１内で鋼板Ｋの搬送を行う搬送機構１２と、熱間プレス成形装置１の制御を行う制御部１３を有している。投入ステージ１０及び成形急冷ステージ１１は、鋼板Ｋの流れ方向Ｈ（図１のＸ方向正方向）に沿って順に基台１４の上面に配置されている。

なお、本実施の形態における鋼板Ｋは、例えば板厚が４ｍｍ以上で３００ｍｍ未満、質量％でＣ：０．０５〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．７〜２％、Ｐ：０．００３〜０．１％、Ｓ：０．００３〜０．１％を含有する鋼板である。熱間プレス前の鋼板を加熱するにあたっての目標温度は８５０℃以上１０００℃以下である。

投入ステージ１０は、一対の支持台２０を有しており、夫々の支持台２０の上面には、鋼板Ｋに予め施されたプレピアス孔Ｐとの間で位置決めを行うための位置決めピン２１と、その上端で鋼板Ｋを支持する支持ピン２２が設けられている。支持台２０は、例えば平面視において矩形状に形成されており、長手方向が鋼板Ｋの流れ方向Ｈと一致するように基台１４上に配置されている。

位置決めピン２１は、例えば支持台２０の中心位置に設けられ、支持ピン２２は支持台２０の長手方向に沿って位置決めピン２１の両側に設けられている。支持ピン２２の上端は、当該支持ピン２２と鋼板Ｋとの間での接触面積を減らし熱の伝達が最小限となるように、鋼板Ｋの裏面と点接触する、例えば球状に形成されている。なお、投入ステージ１０は必ずしも設置する必要は無く、投入ステージ１０を省略して、直接成形急冷ステージ１１に鋼板Ｋを投入してもよい。

成形急冷ステージ１１には、鋼板Ｋの成形及び急冷を行う急冷金型３０が設けられている。急冷金型３０は、図１に示すように、下側の金型である下ダイス３１と、上側の金型である上ダイス３２を有している。上ダイス３２は下ダイス３１の鉛直上方に設けられ、図示しない昇降機構によって鉛直方向（図１のＹ方向）に上下動自在に構成されている。

下ダイス３１には、下ダイス３１の内部を貫通して鉛直上方に突出し、下ダイス３１に対して摺動自在な位置決めピン３３が設けられている。位置決めピン３３は、図示しないばねを介して基台１４の上面に支持されており、上ダイス３２が下ダイス３１に向かって降下する際に位置決めピン３３を下方に押圧することで、位置決めピン３３と共に鋼板Ｋが下方に押し下げられ、急冷金型３０により鋼板Ｋの成形が行われるように構成されている。また、下ダイス３１の内部には、当該下ダイス３１の成形面３１ａの温度を連続的に測定する温度測定機構３４が設けられている。温度測定機構３４としては、例えば熱電対を用いることができる。温度測定機構３４は制御部１３と電気的に接続されている。なお、温度測定機構３４は、後述する下ダイス３１の成形面３１ａに設けられた凸部３１ｂの先端に設けられており、熱間プレス成形時には、当該凸部３１ｂと接触する鋼板Ｋの温度を測定することができる。

下ダイス３１の成形面３１ａには、例えば図３及び図４に示すように、上ダイス３２を下死点まで降下して鋼板Ｋを熱間プレス成形する際に鋼板Ｋの下面Ｋａ対して冷媒を供給する冷媒供給口４０と、供給された冷媒を吸引して下ダイス３１の外部に排出する排気吸引口４１が設けられている。下ダイス３１の内部には、冷媒供給口４０に連通する流路４２が設けられ、流路４２には冷媒供給管４３が接続されている。排気吸引口４１には、吸引管４４が接続され、吸引管４４は図示しない吸引機構に接続されている。なお、冷媒供給口４０から供給された冷媒が排気吸引口４１から円滑に排出されるように、排気吸引口４１は大気圧以下であればよく、例えば吸引管４４の排気吸引口４１と反対側の端部を大気開放していれば、吸引機構は必ずしも設ける必要はない。冷媒供給管４３には制御部１３と電気的に接続された供給制御弁４５が設けられ、制御部１３は温度測定機構３４の測定結果に基づいて供給制御弁４５を制御し、冷媒供給口４０への冷媒の供給を制御することができる。なお、本実施の形態における冷媒供給の制御とは、おもに冷媒の供給を制限することを意味し、例えば冷媒の供給と供給停止を繰り返すこと、冷媒の供給流量の低減と増加を繰り返すこと、又は冷媒の供給圧力の低減と増加を繰り返すことを指すが、本実施の形態においては、例えば冷媒の供給と供給停止を繰り返し行う場合について説明する。このような冷媒の供給制限を行うことで、下ダイス３１上に載置された鋼板Ｋの下面Ｋａの冷却速度を低下させることができる。

また、下ダイス３１の成形面３１ａには、一定の高さの独立した複数の凸部３１ｂが鋼板Ｋと対向する領域の全面にわたって形成されている。これにより、上ダイス３２によって鋼板Ｋの下面Ｋａが下ダイス３１の成形面３１ａに接触する位置まで押し下げられた際に、複数の凸部３１ｂの間の凹部、すなわち凸部３１ｂにより成形面３１ａと鋼板Ｋの下面Ｋａとの間に形成される隙間に、冷媒供給口４０から供給される冷媒を流し、鋼板Ｋの下面Ｋａを急冷することができる。冷媒供給口４０から供給された冷媒は、排気吸引口４１から吸引され排出される。なお、本実施の形態の冷媒としては、例えば水などを用いることができる。

上ダイス３２の成形面３２ａには、下ダイス３１の成形面３１ａと同様に、複数の凸部３２ｂと、上ダイス３２を下死点まで降下してめっき鋼板Ｋを熱間プレス成形する際にめっき鋼板Ｋに対して冷媒を供給する冷媒供給口６０と、供給された冷媒を吸引して排出する排気吸引口６１とが形成され、上ダイス３２には冷媒供給口６０に連通する冷媒の流路６２と、流路に接続された冷媒供給管６３と、排気吸引口６１に接続された吸引管６４と、冷媒供給管に設けられた供給制御弁６５と、が設けられている。これにより、上ダイス３２も下ダイス３１と同様に、当該上ダイス３２を下死点まで降下した際に鋼板Ｋを上面Ｋｂ側から急冷することができる。

搬送機構１２は、図２に示すように、鋼板Ｋを把持する把持部１２ａと、把持部１２ａを支持し駆動機構（図示せず）により鋼板Ｋの流れ方向Ｈ及び流れ方向Ｈに直交する方向に沿って往復動自在で、且つ鉛直方向にも昇降自在に構成された一対の搬送支持体１２ｂとを有している。搬送支持体１２ｂは、投入ステージ１０や成形急冷ステージ１１などを挟み込むように、対向して配置されている。搬送機構１２は、例えば投入ステージ１０に載置された鋼板Ｋを把持部１２ａにより把持し、鋼板Ｋを把持した状態で一対の搬送支持体１２ｂ鉛直上方に移動し、次いで鋼板Ｋの流れ方向Ｈに沿って搬送支持体１２ｂが成形急冷ステージ１１側に移動し、位置決めピン３３とプレピアス孔Ｐとの位置が合致した位置で搬送支持体１２ｂが下降することで、鋼板Ｋを離し下ダイス３１上に当該鋼板Ｋ載置することができる。

本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置１は以上のように構成されており、次に本発明の熱間プレス成形の原理を簡単に説明する。

一般的に、鋼材はＡ１変態点以上に加熱することでオーステナイト組織の生成が始まり、Ａ３変態点以上に加熱することでオーステナイト単体組織となる。そして、このオーステナイトをマルテンサイト変態の開始温度Ｍｓ点以下まで急冷する、いわゆる焼き入れを行うことで、強度の高いマルテンサイト組織が生成される。一方、鋼材を徐々に冷却すると、マルテンサイト組織よりも強度は低いが靱性の高いパーライト組織が生成される。

したがって、所定の厚みを有する厚板鋼板を熱間プレス成形する過程において、例えば厚板鋼板の表面に供給する冷媒を制御することで、当該厚板鋼板の表層部を急冷しつつ、表層部からの熱伝達によって冷却される厚板鋼板の内部を、マルテンサイト変態が生じない速度で徐々に冷却するようにすれば、当該厚板鋼板の表層にのみ焼き入れを行い、その内部には焼き入れを行わないことで、表層部分では要求される機械的強度を維持しつつ、その内部を、例えば脆性破壊に対する耐力を備えた高い靱性を有する成形部品を製作することができる。本発明は、この点に着目したものであり、次に、本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置１による鋼板Ｋの熱間プレス成形について説明する。

先ず、加熱装置（図示せず）により予めＡ１変態点以上に加熱された鋼板Ｋが、図示しない受け渡し装置により投入ステージ１０の支持ピン２２上に載置される。次いで、投入ステージ１０に載置された鋼板Ｋは、搬送機構１２により成形急冷ステージ１１へ搬送され、位置決めピン３３により位置合わせが行われた後に下ダイス３１上に載置される。

次いで、上ダイス３２が下死点まで下降し、上ダイス３２と下ダイス３１により鋼板Ｋの成形が行われる。鋼板Ｋの成形と並行して、制御部１３により供給制御弁４５、６５が開操作され、冷媒が冷媒供給口４０、６０を介して鋼板Ｋの上面Ｋｂ及び下面Ｋａに供給される。これにより、鋼板Ｋの上面Ｋｂ及び下面Ｋａに冷媒が直接供給され、鋼板Ｋの表層部が急速に冷却されるとともに、当該冷却された表層部からの熱伝達により鋼板Ｋの内部の温度も鋼板Ｋ固有の時定数に従って低下してゆく。

冷媒供給口４０への冷媒供給を開始した後、温度測定機構３４により検出される下ダイス３１の成形面３１ａの温度、すなわち鋼板Ｋの下面Ｋａの温度が所定の温度以下、この場合例えばＭｓ点以下の温度になると、制御部１３により供給制御弁４５、６５が閉操作され冷媒の供給が停止される。このように、鋼板Ｋの下面Ｋａの温度がＭｓ点以下となった時点で冷媒の供給を停止することで、鋼板Ｋの表層部はＭｓ点以下に、所定の時定数に従って温度が低下する鋼板Ｋの内部の温度はＭｓ点以上の状態となる。そして、鋼板Ｋの表層部の急冷が停止されることにより、鋼板Ｋの内部の冷却速度は、鋼板Ｋに冷媒が供給されていた場合と比較して更に低下し、例えばマルテンサイト変態が生じない速度で徐々に冷却される。

冷媒供給口４０への冷媒の供給を停止して所定の時間経過した後、供給制御弁４５、６５を開操作して再び冷媒を供給し、鋼板Ｋの急冷を行う。なお、この場合の所定の時間は、例えば冷媒の供給を停止したことによりＭｓ点以上の温度が維持されている鋼板Ｋの内部を再び鋼板Ｋを急冷することにより冷却しても、当該内部がマルテンサイト変態を生じなくなる時間である。そして、冷媒の供給再開により鋼板Ｋの厚み方向にわたってマルテンサイト変態の終了温度（Ｍｆ点）以下とすることで、例えば図５に示すように鋼板Ｋの表層部Ｓにおいては焼き入れが行われることで高強度化し、その一方で、鋼板Ｋの内部Ｔでは、例えばパーライト組織が生成され鋼板Ｋの表層部Ｓより低強度の部位が形成された成形部品Ｃを得ることができる。なお、冷媒の供給を停止している間に鋼板Ｋの内部Ｔが保有する熱により、鋼板Ｋの表層部Ｓの温度が一時的にＭｓ点以上に復熱することも考えられるが、その場合、表層部Ｓは焼き戻しを受けて焼き戻しマルテンサイト組織となる。また、この間、鋼板Ｋの表層部Ｓの温度がＭｓ点以上とならないように、供給制御弁４５、４６の開閉操作を断続的に繰り返すことで、鋼板Ｋが焼き戻されることを防止することもできる。

そして、鋼板Ｋの厚み方向にわたって冷却が完了すると、上ダイス３２が上死点まで上昇し、鋼板Ｋの熱間プレス成形が終了する。熱間プレス成形が終了すると、成形後の鋼板Ｋは、例えば図示しない搬出装置によりが下ダイス３１から取り除かれ、熱間プレス成形装置１から搬出される。この一連の熱間プレス成形が繰り返し行われる。

以上の実施の形態によれば、予め所定の温度に加熱した所定の板厚を有する鋼板Ｋに対して急冷金型３０を用いた熱間プレス成形を適用するにあたり、急冷金型３０を下死点で保持した状態で冷媒の供給を制御するので、鋼板Ｋの板厚方向における冷却速度を変化させることができる。そして、鋼板Ｋの板厚方向における冷却速度を制御することで、例えば鋼板Ｋの内部Ｔには焼き入れを行うことなく、鋼板Ｋの表層部Ｓのみに対して選択的に焼き入れを施すことが可能となる。これにより、鋼板Ｋの板厚方向において異なる強度を有する成形部品を作ることが可能となり、例えば鋼板Ｋの表層部Ｓのみを高強度とし、高強度である表層部Ｓの内側には靱性を持たせて脆性破壊に対する耐性を持たせた成形部品Ｃを製作するといったことが可能となる。

なお、以上の実施の形態においては、下ダイス３１と上ダイス３２の両方に凸部３１ｂ、３２ｂや冷媒供給口を設け、鋼板Ｋの上面Ｋｂと下面Ｋａの両面から急冷を行ったが、冷媒の供給は上面Ｋｂか下面Ｋａのいずれか一の面に対してのみ行ってもよく、例えば図６に示すように、その内部に成形面７０ａを冷却するための冷却管７０ｂが連通する、従来から熱間プレス成形に用いられる上ダイス７０を用いて鋼板Ｋの上面Ｋｂを冷却するようにしてもよい。かかる上ダイス７０を用いた場合、鋼板Ｋの上面Ｋｂの冷却速度が低下するため、例えば、鋼板Ｋの下面Ｋａのみ高強度とし、それ以外の部位は低強度であるが高靱性である成形部品を製作することができる。

また、以上の実施の形態においては、凸部３１ｂ、３２ｂは、下ダイス３１及び上ダイス３２における鋼板Ｋと対向する領域の全面にわたって形成されていたが、凸部３１ｂ、３２ｂは必ずしも下ダイス３１及び上ダイス３２の全面に設ける必要はなく、例えば成形面３１ａ、３２ａの所定の部位のみに凸部３１ｂ、３２ｂを設けてもよい。かかる場合、鋼板Ｋの所望の部位について、その表層部Ｓのみを高強度な部位とすることができる。また、鋼板Ｋの一部分のみを急冷した場合、部分的に急冷された箇所と急冷が行われていない箇所と間で熱伝達が行われる領域が大きくなるため、冷媒の供給を停止した後に急冷された箇所において、例えばＭｓ点温度以上に復熱させることが容易にとなる。かかる場合、鋼板Ｋに焼き戻しマルテンサイト組織を生成する場合などに用いることができる。

以上の実施の形態においては、冷媒の停止と停止後の供給をそれぞれ一度のみ行っていたが、冷媒の停止及び停止後の供給を複数回繰り返しおこなってもよい。また、上述の通り、冷媒の供給制御は、例えば冷媒の流量制御により行ってもよいし、冷媒の供給圧力の制御により行ってもよいし、これらを組み合わせて行ってもよい。冷媒の流量制御または圧力制御を行う場合、温度測定機構３４による測定値に応じて、供給制御弁４５の開度を適宜調整することで、より厳密に鋼板Ｋの冷却速度を制御することができる。なお、冷媒の圧力制御を行う場合、供給制御弁４５は、冷媒供給管４３ではなく、吸引管４４に設けられる。また、冷媒の供給流量と供給圧力の制御を組み合わせて行う場合、例えば図７に示すように、下ダイス３１の排気吸引口４１に他の供給制御弁８０を設けることで、例えば供給制御弁４１によって冷媒供給口４０に供給する冷媒の圧力を制御し、供給制御弁８０により冷媒の流量を制御することで圧力と流量を同時に制御することができる。かかる場合、例えば冷媒の供給圧力を上昇させて冷媒としての水の飽和温度を上昇させることで、水の蒸発潜熱を低下させ、冷媒と鋼板Ｋの間での熱交換量を減らすことができるので冷却速度の制御を精度よく行うことができる。なお、図７は下ダイス３１の場合を図示しているが、上ダイス３２の場合の構成も同様である。

なお、以上の実施の形態においては、供給制御弁４５を温度測定機構３４の測定値に基づいて制御を行ったが、例えば冷媒の供給時間、供給温度、供給量、供給圧力などと鋼板Ｋの冷却速度との関係のデータを実験等により予め求めて制御部１３に格納しておき、当該制御部１３に格納されたデータに基づいて供給制御弁４５の制御を行ってよい。

また、以上の実施の形態では、急冷金型３０の下ダイス３１及び上ダイス３２にそれぞれ一の冷媒供給管４３、６３を設けていたが、例えば図８、図９に示すように、凸部９０が形成された成形面を、当該凸部９０と同じ高さの堰９０ａにより複数の区画Ａに分割し、分割した各区画Ａ毎に冷媒供給口９１、吸引管９２、供給制御弁９３などをそれぞれ設けた急冷金型９４を用いてもよい。係る場合、各区画Ａ毎に独立して冷媒の供給を制御することで、冷媒が供給される部位を制御し、各区画Ａ毎に鋼板Ｋの厚み方向の強度を変化させることができる。

実施例として、本発明にかかる熱間プレス成形装置１を用いて鋼板Ｋの板厚ｔ、冷媒供給の制御パターンを変化させて、鋼板Ｋの下面Ｋａ、上面Ｋｂのいずれか、またはその両面に対して冷媒を供給して急冷する熱間プレス成形の確認試験を行った。なお、冷媒として２０度の水を用い、冷媒供給の制御パターンとしては、冷媒の供給及び供給停止の繰り替えしにより行い、各試験毎に冷媒の供給時間、冷媒の停止時間及び冷媒の供給回数を変化させた。鋼板Ｋには、質量％でＣ：０．０５〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．７〜２％、Ｐ：０．００３〜０．１％、Ｓ：０．００３〜０．１％を含有する鋼であり、８０ｇ／ｍ２のＡｌを主体とするめっきを施した板厚が４ｍｍ、３０ｍｍ及び３００ｍｍのものを用いた。また、鋼板加熱後の初期温度Ｔｉを９５０℃、金型の下死点における保持時間を３〜３００秒で変化させ、図１０に示すような、高さＨが２００ｍｍ、幅Ｗが２００ｍｍのハット形状の成形部品Ｃを製作した。

確認試験の結果を表１に示す。鋼板Ｋに対して直接冷媒を供給した面の硬度が４５０Ｈｖ以上で、且つ鋼板Ｋの内部の硬度が鋼板Ｋの下面Ｋａ及び上面Ｋｂの硬度よりＨｖ３０を超えて軟らかくなる場合を良好として、硬度の評価を○で示した。

また、比較用の従来技術として、急冷金型３０を用いて板厚が２ｍｍの薄板鋼板を熱間成形した場合を従来技術Ａ、Ｂ、従来の上ダイス７０及び上ダイス７０と同様の構成の下ダイスを用いて３０ｍｍの厚板鋼板の熱間成形を行った場合を従来技術Ｃとして確認試験を行った。

板厚２ｍｍの鋼板Ｋを用いた従来技術Ａにおいては、成形品の硬さは、Ｋａ面、Ｋｂ面及び内部において等しく高強度なものとなっている。これは、板厚が２ｍｍと薄く、３秒間の冷媒供給により鋼板Ｋの厚み方向の全面にわたって急冷され、鋼板Ｋが全てマルテンサイト組織となってしまったためである。また、従来技術Ａと同様に板厚２ｍｍの鋼板Ｋを用いた従来技術Ｂにおいては、１回目の冷媒供給時間を従来技術Ａよりも短い０．５秒としたものの、０．５秒の冷媒供給であっても、やはり鋼板Ｋの厚み方向の全面にわたって急冷されてしまいっているため、成形品の硬さは、Ｋａ面、Ｋｂ面及び内部において等しく高強度なものとなっている。従来の金型を用いた従来技術ＣではＫａ面、Ｋｂ面の硬さが内部に比べて共に若干増加しているものの、従来の金型による鋼板Ｋの冷却速度がマルテンサイト変態を得るほどに大きくないため、所望の強度を得られていない。

これに対して、実施例１〜５においては、一回目の冷媒を供給することで鋼板Ｋの表層の強度を高めると共に、一回目の冷媒供給後に冷媒の停止し、その状態で所定の時間維持することで鋼板Ｋの冷却速度を低下させているため、鋼板Ｋの表層においては焼き入れが行われ、鋼板の内部においては焼き入れを行うことなく低強度、高靱性の組織を生成することができ、これにより鋼板Ｋの厚み方向に任意の強度を有する成形部品を製作できることが確認できた。なお、実施例３においては、鋼板Ｋの下面Ｋａのみを上ダイス３２を用いて急冷し、上面Ｋｂについては上ダイス７０と同様の構成の従来のダイスを用いて冷却した場合であるが、この場合も上ダイス３２により急冷を行った下面Ｋａについては高強度で、急冷を行っていないその他の部位については低強度、高靱性な成形部品を製作できることが確認できた。

また、実施例４では、板厚４ｍｍの鋼板Ｋを用いたが、冷媒供給時間を０．５秒とし、またその供給周期も短く制御することで、厚板としては比較的厚みの薄い４ｍｍの鋼板Ｋにおいても鋼板の厚み方向に任意の強度を有する成形部品を製作できることが確認できた。

また、実施例５のように、鋼板Ｋの厚みが３００ｍｍと極厚の場合であっても、冷媒供給時間を３０秒と、十分長い時間とし、またその供給周期も長くすることで鋼板の厚み方向に任意の強度を有する成形部品を製作できることが確認できた。

また、実施例６は、実施例１〜５と同様に急冷金型３０を用いて鋼板Ｋの熱間プレス成形を行った場合であるが、実施例１〜５のように、冷媒の供給時間ではなく、温度測定機構３４による温度の実測値に基づいて冷媒の供給及び停止を制御した場合の例であり、下面Ｋａの温度が４００℃に達した時点で一端冷媒の供給を停止し、下面Ｋａの温度が６００℃まで復熱した時点で冷媒の供給を再開して下面Ｋａの温度が２００℃に到達するまで急冷を行った。この場合においても、実施例１〜５と同様に鋼板の厚み方向に任意の強度を有する成形部品を製作できることが確認できた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、鋼板を連続的に熱間プレス成形する際に有用である。

１ 熱間プレス成形装置
１０ 投入ステージ
１１ 成形急冷ステージ
１２ 搬送機構
１３ 制御部
１４ 基台
２０ 支持台
２１ 位置決めピン
２２ 支持ピン
３０ 急冷金型
３１ 下ダイス
３１ａ 成形面
３１ｂ 凸部
３２ｃ 区画
３２ 上ダイス
３２ａ 成形面
３２ｂ 凸部
３３ 位置決めピン
３４ 温度測定機構
４０ 冷媒供給口
４１ 排気吸引口
４２ 流路
４３ 冷媒供給管
４４ 吸引管
４５ 供給制御弁
６０ 冷媒供給口
６１ 排気吸引口
６２ 流路
６３ 冷媒供給管
６４ 吸引管
６５ 供給制御弁
７０ 上ダイス
７０ａ 成形面
７０ｂ 冷却管
８０ 他の供給制御弁
９０ 凸部
９１ 冷媒供給口
９２ 吸引管
９３ 供給制御弁
９４ 急冷金型
Ｋ 鋼板
Ｋａ 下面
Ｋｂ 上面
Ｓ 表層部
Ｔ 内部
Ｃ 成形部品
Ｐ プレピアス孔

Claims (9)

1. 熱間プレス成形時に鋼板に冷媒を供給して当該鋼板の成形と急冷を並行して行う急冷金型を用い、所定の温度に加熱された厚板鋼板を熱間プレス成形する方法であって、
   前記加熱された厚板鋼板を前記急冷金型に載置し、前記急冷金型を下死点で保持しながら前記厚板鋼板に冷媒を供給して前記厚板鋼板を急冷し、
   その後、前記急冷金型を下死点で保持した状態で前記冷媒の供給を制御し、
   前記冷媒の供給の制御は、冷媒の供給を停止し、所定の期間経過後に再び冷媒の供給を行うことを少なくとも一回以上繰り返すことを特徴とする、厚板鋼板の熱間プレス成形方法。
2. 熱間プレス成形時に鋼板に冷媒を供給して当該鋼板の成形と急冷を並行して行う急冷金型を用い、所定の温度に加熱された厚板鋼板を熱間プレス成形する方法であって、
   前記加熱された厚板鋼板を前記急冷金型に載置し、前記急冷金型を下死点で保持しながら前記厚板鋼板に冷媒を供給して前記厚板鋼板を急冷し、
   その後、前記急冷金型を下死点で保持した状態で前記冷媒の供給を制御し、
   前記冷媒の供給の制御は、冷媒の供給流量を低減し、所定の期間経過後に冷媒の供給流量を増加させることを少なくとも一回以上繰り返すことを特徴とする、厚板鋼板の熱間プレス成形方法。
3. 熱間プレス成形時に鋼板に冷媒を供給して当該鋼板の成形と急冷を並行して行う急冷金型を用い、所定の温度に加熱された厚板鋼板を熱間プレス成形する方法であって、
   前記加熱された厚板鋼板を前記急冷金型に載置し、前記急冷金型を下死点で保持しながら前記厚板鋼板に冷媒を供給して前記厚板鋼板を急冷し、
   その後、前記急冷金型を下死点で保持した状態で前記冷媒の供給を制御し、
   前記冷媒の供給の制御は、冷媒の供給圧力を低減し、所定の期間経過後に冷媒の供給圧力を増加させることを少なくとも一回以上繰り返すことを特徴とする、厚板鋼板の熱間プレス成形方法。
4. 前記冷媒は、前記厚板鋼板の上面か下面のいずれか一の面に対して供給されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の厚板鋼板の熱間プレス成形方法。
5. 前記厚板鋼板は、板厚が４ｍｍ以上で３００ｍｍ未満の鋼板であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の厚板鋼板の熱間プレス成形方法。
6. 前記厚板鋼板において冷媒が供給される部位を制御して冷却範囲を限定したことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の厚板鋼板の熱間プレス成形方法。
7. 前記冷媒の供給の制御は、前記厚板鋼板の表面温度、又は前記急冷金型における前記加熱された厚板鋼板と対向する面の温度の少なくともいずれか一方を計測し、当該計測結果に基づいて行われることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の厚板鋼板の熱間プレス成形方法。
8. 前記所定の温度は、Ａ１変態点以上の温度であり、
   前記冷媒の供給の制御は、前記厚板鋼板の表面における温度がＭｓ点以下となった後で、且つ前記厚板鋼板の厚み方向の全域にわたって室温以下の温度となる前に行われることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の厚板鋼板の熱間プレス成形方法
9. 前記所定の期間は、前記厚板鋼板においてＭｓ点以下の温度となっていない部位を急冷しても当該部位にマルテンサイト変態が生じなくなる期間であることを特徴とする、請求項８に記載の厚板鋼板の熱間プレス成形方法。

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