JP5520571B2 - 焼入れ鋼材の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば焼入れ鋼管の焼入れ鋼材の製造装置に関する。

金属製の強度部材、補強部材または構造部材が自動車や各種機械に用いられる。高強度、軽量かつ小型であること等がこれらの部材に要求される。これらの部材は、従来より、鋼製のプレス加工品の溶接、厚鋼板の打ち抜き、さらにはアルミニウム合金の鍛造等によって、製造される。これらの製造方法により製造される部材の軽量化および小型化には、限界がある。

これらの部材は、さらなる軽量化および小型化を図るため、例えば非特許文献１に開示されるハイドロフォームによっても製造される。ハイドロフォームは、金型の内部に配置される素材である金属管の内部に高圧の加工液を導入して金属管を膨出変形させ、金属管の外形を金型の内面形状に沿わせることによって、複雑な形状の成形品とする加工法である。このハイドロフォームには、（ａ）例えば引張強度が７８０ＭＰａ以上といった延性が小さい素材は、冷間加工であるために複雑な形状に成形し難いこと、（ｂ）通常、曲げ、プリフォームおよびハイドロフォームの３工程が必要となり、工程が比較的煩雑になること、および（ｃ）ハイドロフォーム加工機が大型かつ比較的高価であることといった問題がある。

本出願人は、先に特許文献１により曲げ加工部材の製造に係る発明を開示した。図５は、特許文献１により開示された曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。この発明では、図５に示すように、支持手段２によって軸方向へ移動自在に支持される鋼管１を、上流側から下流側へ向けて送り装置３により送りながら、この鋼管１に支持手段２の下流で曲げ加工を行う曲げ加工方法を用いることによって、曲げ加工部材を製造する。

高周波加熱コイル５は、支持手段２の下流において鋼管１を部分的に焼入れ可能温度域へ急速に加熱する。水冷装置６は、高周波加熱コイル５の直ぐ下流において加熱された鋼管１を急速に冷却する。さらに、可動ローラダイス４は、鋼管１を送りながら支持することができるロール対４ａを少なくとも一組有する。可動ローラダイス４は、水冷装置６の下流において、二次元又は三次元の方向へ移動することによって、鋼管１の高温に加熱されて変形抵抗が低下した部分に曲げモーメントを与える。このようにして、鋼管１に曲げ加工を行って曲げ加工部材を製造する。この発明は、比較的安価な成形機を用いた単純な工程によって、所望の加工精度を確保しながら高い作業能率で、所望の形状を有する、例えば７８０ＭＰａ以上といった高強度の曲げ加工部材を一体成形することができる。

国際公開第２００６／０９３００６号パンフレット

自動車技術Ｎｏｖ．５７，Ｎｏ．６（２００３）２３〜２８頁

特許文献１により開示された発明は、所望の形状を有する曲げ加工部材を所望の加工精度を確保しながら高い作業能率で製造できるという優れた効果を奏する発明であるが、本発明者等は、この発明のさらなる向上を図るために鋭意検討を重ねたところ、工業的な規模でこの発明の実用化を図るためには、以下に列記する課題（ａ）〜（ｃ）を解決すべきであることを、知見した。
（ａ）鋼管１は大気中で高周波加熱コイル５により焼入れ可能温度域に急速に加熱される。このため、酸化スケールが鋼管１の外面および内面に不可避的に生成する。生成した酸化スケールは、製造される曲げ加工部材の外面および内面に残存する。特に、曲げ加工の際には冷却水が高温に加熱された鋼管１の外面に噴射されるため、鋼管１は、大気中の酸素のみならず、冷却水の水蒸気から分離・生成する酸素によっても酸化される。このため、鋼管１の外面の酸化スケールは比較的多量に生成する。したがって、曲げ加工部材は、その表面性状が劣化し易いのみならず、化成処理および電着塗装を行われる場合には化成処理性ひいては塗装後耐食性も低下し易い。
（ｂ）高周波加熱コイル５によって鋼管１の一部をＡｃ_３点以上に部分的に加熱した後に、高周波加熱コイル５の設置位置の極めて近傍の位置に配置される水冷装置６が鋼管１の加熱部へ向けて冷却水を噴射することによって、鋼管１を急速に冷却する。このため、冷却水の噴射方向や噴射量等といった冷却条件の管理が適正に行われないと、噴射された冷却水が高周波加熱コイル５による鋼管１の加熱された部分の大きさを変動させる。鋼管１の加熱された部分の大きさが変動すると、曲げ加工部材の寸法精度が低下する。
（ｃ）高温に加熱された鋼管１の外面に噴射された冷却水が沸騰した蒸気が鋼管１の外面を膜となって覆い、その蒸気膜と噴射される冷却水との接触面から直接に冷却水が沸騰する膜沸騰（Ｆｉｌｍ ｂｏｉｌｉｎｇ）が発生するため、冷却水が有する冷却能を有効に利用して鋼管１を冷却することが難しくなる。このため、鋼管１を所望の高い冷却速度で冷却することが難しくなり、曲げ加工部材の寸法精度や所望の強度を確保することが難しくなる。

本発明は、これらの課題（ａ）〜（ｃ）を解決するためになされたものであり、鋼管等の鋼材をその長手方向へ送りながら、送られる鋼材を焼入れ可能温度域に加熱した後に急冷して焼入れることによって所望の形状を有する焼入れ鋼材を製造する際に、上述した課題（ａ）〜（ｃ）を解決し、これにより、特許文献１により開示された発明を工業的な規模で実用化することができる焼入れ鋼材の製造装置を提供することである。

本発明は、閉じた横断面形状を有する中空の部材である鋼材をその長手方向へ送るための送り装置と、送られる鋼材から離間して第１の位置に配置されて、鋼材を焼入れ可能温度域に加熱する加熱装置と、第１の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第２の位置で鋼材に冷却媒体を吹き付けることにより鋼材を焼入れる冷却装置と、鋼材の送り方向の後端部に設置されるとともに鋼材の内部に不活性ガスまたは還元性ガスを供給するための流路を有するチャックと、前記流路を介して鋼材の内部に不活性ガスまたは還元性ガスを供給する内部スケール生成防止ガス供給装置と、鋼材における、加熱装置により加熱されて、酸化スケールが生成する高温にある部分へ向けて不活性ガス又は還元性ガスを、第１の位置から第２の位置へ向かう側へ向けて吹き付けることによって加熱された部分の周囲の空間に不活性ガス又は還元性ガスを供給して、この空間に不活性ガス又は還元性ガスを充満させるスケール生成防止ガス供給装置と、第１の位置よりも鋼材の送り方向の上流側に配置されて、不活性ガス又は還元性ガスが、加熱された部分の周囲の空間から洩れ出すことを抑制するための漏洩抑制部材と、鋼材の送り方向の先端部に配置され、鋼材の内部に供給された不活性ガスまたは還元性ガスを鋼材の外部へ排出するための流路を有するとともに、チャックとともに高温の部分の両側の部分の位置を適宜制御することにより鋼材を屈曲部材に製造するチャックとを備えることを特徴とする屈曲部を有する焼入れ鋼材の製造装置である。
この本発明では、不活性ガスはＮ_２ガスであることが望ましい。

漏洩抑制手段は空間をカバーする漏洩抑制部材等を設ける手段と、冷却媒体をカーテン状に吹き付けて空間から漏れ出すことを抑制する手段(冷却媒体カーテン)等がある。冷却媒体カーテンでは、カーテン状に吹きつける角度を変えて冷却媒体が鋼材の送り方向の下流に流れるようにすると不活性ガス又は還元性ガスが効率的に流れるため酸化スケールの生成をより低減することができる。

本発明によれば、以下に列記する効果が奏される。
（ａ）加熱される鋼材の表面の酸化が抑制され、これにより、製造される焼入れ鋼材の表面の酸化スケールの生成量が低減される。特に、高温に加熱された鋼材の外面に噴射された冷却水の水蒸気から分離・生成した酸素の分圧を、鋼材の加熱された部分の周囲の空間に供給される不活性ガス又は還元性ガスによって、低下することができるので、鋼材の外面における酸化スケールの生成を十分に抑制できる。このため、製造される焼入れ鋼材の表面性状を向上することができるとともに、化成処理および電着塗装を行われる場合には化成処理性ひいては塗装後耐食性も向上することができる。
（ｂ）不活性ガス又は還元性ガスを、第１の位置から第２の位置に向かう側へ向けて吹き付けるため、鋼材の外面に沿って第１の位置から第２の位置の側へ向かう不活性ガス又は還元性ガスの流れが、鋼材の外面に沿って第２の位置から第１の位置の側へ向かう冷却水の流れを、抑制または阻止することが可能になる。このため、鋼材の外面に噴射された冷却水が加熱装置による鋼材の加熱された部分の大きさを変動させることを防止できるので、曲げ加工部材の寸法精度の低下を防止して、所望の屈曲形状を有する焼入れ部材を製造できる。
（ｃ）加熱装置により加熱された部分へ第１の位置から第２の位置に向かう側へ向けて吹き付けられる不活性ガス又は還元性ガスによって、膜沸騰の原因となる水蒸気の膜の形成を抑制することができる。すなわちスケール層の生成が抑制され、微細な凹凸のある点状スケールに変化するため膜沸騰を防止できるので、鋼材を所望の高い冷却速度で確実に冷却でき、曲げ加工部材の寸法精度や所望の強度を確保することができる。

このため、本発明によれば、特許文献１により開示された発明を、工業的な規模で実用化することができ、所望の形状を有する焼入れ部材を確実に製造することができるようになる。

図１は、本発明に係る焼入れ鋼材の製造装置の構成を、模式的に示す説明図である。 図２は、９５０℃に加熱保持された鋼管の内部にＮ_２ガスを供給する場合における鋼管の内面におけるスケール厚みと、管内面Ｏ_２濃度との関係の一例を示すグラフである。 図３は、スケール厚みと、ＪＡＳＯテスト９０サイクルにおける膨れ幅との関係の一例を示すグラフである。 図４は、厚さ１．８ｍｍ、横５０ｍｍ、縦７０ｍｍの矩形断面の角管に対して、焼入れの際にＮ_２ガスを供給した場合と、しなかった場合とについて、通常の条件（水洗および化成処理）を行った場合の化成処理被膜の形成状況を示す説明図である。 図５は、特許文献１により開示された曲げ加工装置の概略を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、本発明における鋼材が、閉じた横断面形状を有する中空の部材の代表例である鋼管である場合を例にとるが、本発明は閉じた横断面形状を有する中空の部材に限定されるものではなく、鋼材であれば等しく適用される。また、以降の説明では、不活性ガスとしてＮ_２ガスを用いる場合を例にとるが、本発明はＮ_２ガスに限定されるものではなく、例えばＡｒガスといったＮ_２ガス以外の不活性ガスを用いることや、不活性ガスの代わりにＨ_２ガスといった還元性ガスを用いることも可能である。

はじめに、本発明に係る製造装置を説明する。図１は、本発明に係る焼入れ部材１０−１の製造装置１１の構成を模式的に示す説明図である。
この製造装置１１は、送り装置１２と、加熱装置１３と、冷却装置１４と、スケール生成防止ガス供給装置１５と、漏洩抑制部材１６と、内部スケール生成防止ガス供給装置１７とを備えるので、これらの構成要素を順次説明する。

［送り装置１２］
送り装置１２は、鋼管１０をその長手方向へ送ることができる装置であればよく、特定の装置には限定されない。

図１に示す製造装置１１では、送り装置１２は、鋼管１０の送り方向（図１中の白抜き矢印方向）の後端部に挿入して設置されるチャック１８と、このチャック１８を鋼管１０の送り方向へ移動自在に支持する第１の産業用ロボット（図示しない）と、鋼管１０の送り方向（図１中の白抜き矢印方向）の後端部に挿入して設置されるチャック１９と、このチャック１９を鋼管１０の送り方向へ移動自在に支持する第２の産業用ロボット（図示しない）とにより、構成される。

また、第１の産業用ロボットに替えて、例えばボールネジ等の公知の送り装置を用いてもよい。この場合に屈曲した形状を有する焼入れ部材１０−１を製造するためには、この送り装置と加熱装置１３との間の鋼管１０を送りながら所定の位置に位置決めするために、一対のローラ等からなる支持装置を配置することが望ましい。

チャック１８及び１９それぞれの内部には、Ｎ_２ガスの流路１８ａ，１９ａが設けられており、鋼管１０の内部にＮ_２ガスを供給するとともに供給したＮ_２ガスを鋼管１０の外部へ排出することができるように構成されている。

送り装置による鋼管１０の送り速度は、例えば、０．６ｍ／ｍｉｎ以上６ｍ／ｍｉｎ以下が例示される。
送り装置１２は、以上のように構成される。

［加熱装置１３］
加熱装置１３は、送られる鋼管１０から所定の距離だけ離間して、鋼管１０の送り方向に関する第１の位置Ａに配置されて、鋼管１０を焼入れ可能温度域に加熱するための装置である。

加熱装置１３は、鋼管１０を、例えば鋼管１０のＡｃ_３点以上の温度に急速に加熱する能力を有することが望ましく、この製造装置１１では加熱装置１０として周知慣用の高周波加熱コイルを用いた。

鋼管１０の加熱温度は、例えば８５０℃以上１０５０℃以下が例示される。また、鋼管１０の昇温速度は１００℃／ｓｅｃ以上２０００℃／ｓｅｃ以下が例示される。
加熱装置１３は、後述する冷却装置１４と一体に、図示しない第３の産業用ロボットにより移動自在に支持される。

加熱装置１３は、以上のように構成される。
［冷却装置１４］
冷却装置１４は、第１の位置Ａよりも鋼管１０の送り方向の直ぐ下流の第２の位置Ｂで鋼管に冷却媒体２０（例えば冷却水）を吹き付けることにより、例えばＡｃ_３点以上の温度に加熱された鋼管１０を急速に冷却することによって、鋼管１０を熱処理する（例えば焼入れる）ための装置である。なお、以降の説明では冷却媒体が冷却水である場合を例にとる。

冷却装置１４は、噴射した冷却水が鋼管１０の外面に沿って加熱装置１３の側へ流動することを防ぐために、第１の位置Ａから第２の位置Ｂへ向かう側へ向けて斜めに噴射することが望ましい。

また、冷却媒体をカーテン状に吹き付けることにより空間から不活性ガス又は還元性ガスが漏れ出すことを抑制する手段(冷却媒体カーテン)とすることができる。冷却媒体カーテンにおいて、第１の位置Ａから第２の位置Ｂへ向かう側へ向けて斜めに噴射すると不活性ガス又は還元性ガスが効率的に流れるため酸化スケールの生成をより低減することができる。

鋼管１０の９００℃以上の温度域での滞在時間は１ｓｅｃ以上５ｓｅｃ以下であることが例示される。また、鋼帯１０の冷却速度は１００℃／ｓｅｃ以上２０００℃／ｓｅｃ以下が例示される。

冷却装置１４は、上述したように加熱装置１３と一体に、図示しない第３の産業用ロボットにより移動自在に支持される。
冷却装置１４は、以上のように構成される。

［スケール生成防止ガス供給装置１５］
スケール生成防止ガス供給装置１５は、供給ポンプ１５ａと、この供給ポンプ１５ａに接続される供給ノズル１５ｂとを有し、鋼管１０における、加熱装置１３により加熱されて、酸化スケールが生成する高温にある部分２１にＮ_２ガスを吹き付けて、高温にある部分２１の周囲の空間２２にＮ_２ガスを供給して、滞留、充満させるためのものである。

供給ノズル１５ｂの設置位置や向き、設置数、さらには、供給ノズル１５ｂからのＮ_２ガスの吹き付け力等は、高温にある部分２１の全周の環状の空間２２にＮ_２ガスを供給して、滞留、充満させることができるように、適宜設定すればよい。例えば、供給ノズル１５ｂは、鋼管１０の周囲に離間して等間隔で４〜８個程度設置することが例示される。

鋼管１０の高温にある部分２１へのＮ_２ガスの供給量は、０．０５Ｎｍ^３／ｍｉｎ以上１Ｎｍ^３／ｍｉｎ以下であることが例示される。
例えば、図１に例示するように、供給ノズル１５ｂからのＮ_２ガスの吹き付け方向（供給ノズル１５ｂの中心が指向する方向）を、第１の位置Ａから第２の位置Ｂに向かう側へ向けて斜めに吹き付けることによって、鋼管１０の周囲において第１の位置Ａから第２の位置Ｂへ向かうＮ_２ガスの流れによって、冷却装置１４から噴射された冷却水２０が加熱された部分２１の周囲の空間２２へ向かうことを阻止することができる。このため、冷却装置１４から鋼管１０の外面に噴射された冷却水２０が高周波加熱コイル１３による鋼管１０の加熱された部分の大きさを変動させて鋼管１０の加熱状況に影響することを防止できるので、鋼管１０に対する曲げ加工を安定して行うことができるようになる。

また、供給ノズル１５ｂからＮ_２ガスを加熱された部分２１の周囲の空間２２へ向けて吹き付けるので、加熱された鋼管１０の表面の酸化が抑制され、これにより、製造される焼入れ鋼管１０−１の表面の酸化スケールの生成量が低減される。このため、製造される焼入れ鋼管１０−１の表面性状を向上することができるとともに、化成処理および電着塗装を行われる際には化成処理性ひいては塗装後耐食性をも向上することができる。

特に、高周波加熱コイル１３により加熱された部分へ第１の位置Ａから第２の位置Ｂに向かう側へ向けて吹き付けられて鋼管１０の加熱された部分２１の周囲の空間２２に供給されるＮ_２ガスによって、高温に加熱された鋼管１０の外面に噴射された冷却水２０の水蒸気から分離・生成した酸素ガスＯ_２の分圧を低下することができるので、鋼管１０の外面における酸化スケールの生成を十分に抑制することができる。このため、製造される焼入れ鋼管１０−１の表面性状を向上することができるとともに、化成処理および電着塗装を行われる際には化成処理性ひいては塗装後耐食性をも向上することができる。

図２は、９５０℃に加熱保持された鋼管の内部にＮ_２ガスを供給する場合における鋼管の内面におけるスケール厚み（μｍ）と、管内面Ｏ_２濃度（体積％）との関係の一例を示すグラフである。

図２にグラフで示すように、管内面Ｏ_２濃度が上昇すると鋼管の内面におけるスケール厚みは二次関数的に増加する。この結果より、本発明においても、鋼管１０の外面にＮ_２ガスを供給することによって、加熱された鋼管１０の表面の酸化が抑制され、焼入れ鋼管１０−１の表面の酸化スケールの生成量を低減できることがわかる。

また、図３は、素材である鋼板表面のスケール厚み（μｍ）と、この鋼板に化成処理および電着塗装を行って得られる電着塗装鋼板についてのＪＡＳＯテスト（９０サイクル）における膨れ幅（ｍｍ）との関係の一例を示すグラフである。

図３にグラフで示すように、素材である鋼板の表面のスケール厚みが低下することにより電着塗装鋼板の膨れ幅が大幅に低下し、塗装後耐食性が大幅に向上することがわかる。
さらに、図４は、供試材である厚さ１．８ｍｍ、横５０ｍｍ、縦７０ｍｍの矩形断面の角管を焼入れする際に角管の内面に、Ｎ_２ガスを供給した場合と、Ｎ_２ガスを供給しなかった場合とについて、通常の条件（水洗および化成処理）を行った場合の化成処理被膜の形成状況を示す説明図である。（角管の外面にもＮ_２ガスを供給した。）
図４に示すように、焼入れの際にＮ_２ガスを供給しない（大気）では、スケールが残存して化成結晶フォスフォフィライトが形成されず、表面性状および化成処理性がいずれも不芳であるのに対し、焼入れの際にＮ_２ガスを供給すると、緻密な粒結晶（フォスフォフィライト）が存在し、表面性状および化成処理性がいずれも良好である。

このように、本発明によれば、製造される焼入れ鋼管１０−１の表面性状、化成処理性ひいては塗装後耐食性がいずれも向上することがわかる。
また、高周波加熱コイル１３により加熱された部分２１へ第１の位置Ａから第２の位置Ｂに向かう側へ向けて吹き付けられるＮ_２ガスは、鋼管１０の外面に沿って第１の位置Ａから第２の位置Ｂへ向かう方向へ流れるので、このＮ_２ガスの流れによって、加熱部の酸化を抑制し鋼板表面に凹凸のある点状のスケールが形成され高温に加熱された鋼管１０の外面に噴射された冷却水２０が膜沸騰を生じる原因となる水蒸気の膜の形成を抑制することができ、鋼管１０を所望の冷却速度で確実に急冷することができるようになる。

なお、以上の説明では、Ｎ_２ガスを、冷却装置１４から噴射される冷却水とは別に独立させて、鋼管１０の外面に吹き付ける場合を例にとったが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｎ_２ガスを冷却水とともに鋼管１０の外面に吹き付けるようにしてもよい。これにより、バブリング効果により冷却水中に溶解している酸素量を減少させる効果も期待される。また膜沸騰を生じる原因となる水蒸気の膜の形成を抑制することも可能である。

さらに、鋼管１０の加熱された部分２１へ向けてＮ_２ガスを供給することにより、分解したＮ原子が、加熱された部分２１の表面から侵入拡散し、加熱された部分２１の表層直下に微細なＦｅ−Ｎ化合物やＦｅ−Ｎ−Ｏ化合物が形成される。このため、焼入れ鋼管１０−１における加熱された部分２１の硬度、疲労強度が向上する。

本発明により製造される、屈曲形状を有する焼入れ部材は、例えば自動車サスペンションを構成する各種コントロールアーム類や繰り返し応力を負荷される強度部材や補強部材等に用いられるものであるので、焼入れ鋼管１０−１の疲労強度の向上は、極めて望ましい。

供給ノズル１５ｂも、上述したように加熱装置１３及び冷却装置１４と一体に、図示しない第３の産業用ロボットにより移動自在に支持される。
スケール生成防止ガス供給装置１５は、以上のように構成される。

［漏洩抑制部材１６］
漏洩抑制部材１６は、第１の位置Ａよりも鋼管１０の送り方向の上流側に配置されて、Ｎ_２ガスが、加熱された部分２１の周囲の空間２２から洩れ出すことを抑制するための部材であり、例えばじゃま板を用いることができる。この漏洩抑制部材１６を用いることにより、上述したＮ_２ガスの供給の効果をより確実に得ることが可能である。

漏洩抑制部材１６も、上述したように加熱装置１３、冷却装置１４及び供給ノズル１５ｂと一体に、図示しない第３の産業用ロボットにより移動自在に支持される。
漏洩抑制部材１６は、以上のように構成される。

［内部スケール生成防止ガス供給装置１７］
内部スケール生成防止ガス供給装置１７は、チャック１８の内部に形成されたＮ_２ガスの流路１８ａを介して、鋼管１０の内部にＮ_２ガスを供給するためのものである。

内部スケール生成防止ガス供給装置１７により鋼管１０の内部に供給されたＮ_２ガスは、鋼管１０の内部に供給されて充満し、チャック１９の内部に形成されたＮ_２ガスの流路１９ａを介して、鋼管１０の外部へ排出される。

内部スケール生成防止ガス供給装置１７は、以上のように構成される。
本発明に係る製造装置１１は、以上のように構成される。次に、この製造装置１１により、焼入れ鋼管１０−１を製造する状況を説明する。

送り装置１２により、鋼管１０をその長手方向（図１における白抜き矢印方向）へ送りながら、送られる鋼管１０を加熱装置１３により例えばＡｃ_３点以上の焼入れ可能温度域に急速に加熱する。また、冷却装置１４により鋼管１０の外面に向けて冷却水を吹き付けることにより鋼管１０を急速に冷却して鋼管１０を焼入れる。

この際に、スケール生成防止ガス供給装置１５により、鋼管１０における、加熱装置１３により加熱された部分２１に第１の位置Ａから第２の位置Ｂへ向かう側に向けてＮ_２ガスを吹き付けること、具体的には、供給ノズル１５ｂからのＮ_２ガスの吹き付け方向（供給ノズル１５ｂの中心が指向する方向）を、第１の位置Ａから第２の位置Ｂに向かう側へ向けて斜めに吹き付けることにより、加熱された部分２１の周囲の空間２２にＮ_２ガスを供給し充満させる。

これによって以下に列記する効果が奏される。
（Ｉ）冷却装置１４から噴射された冷却水２０が加熱された部分２１へ向かうことを、鋼管１０の周囲における、第１の位置Ａから第２の位置Ｂへ向かうＮ_２ガスの流れによって、阻止することができる。このため、冷却装置１４から鋼管１０の外面に噴射された冷却水２０が高周波加熱コイル１３による鋼管１０の加熱された部分２１の大きさを変動させて鋼管１０の加熱状況に影響することを防止できるので、鋼管１０に対する曲げ加工を安定して行うことができるようになる。
（ＩＩ）供給ノズル１５ｂからＮ_２ガスを加熱された部分２１の周囲の空間２２へ向けて吹き付けるので、加熱された鋼管１０の表面の酸化が抑制され、これにより、製造される焼入れ鋼管１０−１の表面の酸化スケールの生成量が低減される。このため、製造される焼入れ鋼管１０−１の表面性状を向上することができるとともに、化成処理および電着塗装を行われる際には化成処理性ひいては塗装後耐食性をも向上することができる。

特に、高周波加熱コイル１３により加熱された部分へ第１の位置Ａから第２の位置Ｂに向かう側へ向けて吹き付けられて鋼管１０の加熱された部分２１の周囲の空間２２に供給されるＮ_２ガスによって、高温に加熱された鋼管１０の外面に噴射された冷却水２０の水蒸気から分離・生成した酸素ガスＯ_２の分圧を低下することができるので、鋼管１０の外面における酸化スケールの生成を十分に抑制することができる。このため、製造される焼入れ鋼管１０−１の表面性状を向上することができるとともに、化成処理および電着塗装を行われる際には化成処理性ひいては塗装後耐食性をも向上することができる。
（ＩＩＩ）高周波加熱コイル１３により加熱された部分２１へ第１の位置Ａから第２の位置Ｂに向かう側へ向けて吹き付けられるＮ_２ガスは、鋼管１０の外面に沿って第１の位置Ａから第２の位置Ｂへ向かう方向へ流れるので、このＮ_２ガスの流れによって、加熱部の酸化を抑制し鋼板表面に凹凸のある点状のスケールが形成され高温に加熱された鋼管１０の外面に噴射された冷却水２０が膜沸騰を生じる原因となる水蒸気の膜の形成を抑制することができ、鋼管１０を所望の冷却速度で確実に急冷することができるようになる。
（ＩＶ）鋼管１０の加熱された部分２１へ向けてＮ_２ガスを供給することにより、分解したＮ原子が、加熱された部分２１の表面から侵入拡散し、加熱された部分２１の表層直下に微細なＦｅ−Ｎ化合物やＦｅ−Ｎ−Ｏ化合物が形成される。このため、焼入れ鋼管１０−１における加熱された部分２１の疲労強度が向上する。

この製造装置１１を用いて所望の屈曲部を有する焼入れ部材を製造するには、第１の産業用ロボットにより支持されるチャック１８の位置と、第２の産業用ロボットにより支持されるチャック１９の位置と、第３の産業用ロボットにより一体に支持される加熱装置１３、冷却装置１４、供給ノズル１５ｂ及び漏洩抑制部材１６の位置とを、三次元で連動させて制御すればよい。すなわち、加熱装置１３により加熱されて変形抵抗が大幅に低下した部分２１の両側の部分の位置を適宜制御することにより、所望の屈曲形状を有する焼入れ部材を製造することができる。

なお、第１の産業用ロボットに替えて、例えばボールネジ等の公知の送り装置を用いる場合には、上述したように、この送り装置と加熱装置１３との間に、鋼管１０を送りながら所定の位置に位置決めするための一対のローラ等からなる支持装置が配置されているので、第２の産業用ロボットにより支持されるチャック１９の位置と、必要に応じて第３の産業用ロボットにより一体に支持される加熱装置１３、冷却装置１４、供給ノズル１５ｂ及び漏洩抑制部材１６の位置とを、三次元で連動させて制御すればよい。

このようにして、本発明により、焼入れ鋼管、さらには所定の屈曲形状を有する焼入れ鋼管である焼入れ鋼管１０−１を、製造することができる。
この本発明により製造される焼入れ鋼材は、例えば、以下に例示する用途（ｉ）〜（ｖｉｉ）に対して適用可能である。

（ｉ）自動車のサスペンションのロアーアームやブレーキペダルといった自動車の強度部材、
（ｉｉ）自動車の各種レインフォース、ブレース等の補強部材、
（ｉｉｉ）バンパー、ドアインパクトビーム、サイドメンバー、サスペンションマウントメンバー、ピラー、サイドシル等の自動車の構造部材、
（ｉｖ）自転車や自動二輪車等のフレーム、クランク
（ｖ）電車等の車輛の補強部材、台車部品（台車枠、各種梁等）
（ｖｉ）船体等のフレーム部品、補強部材、
（ｖｉｉ）家電製品の強度部材、補強部材または構造部材

１０ 鋼管
１０−１ 焼入れ鋼管
１１ 本発明に係る製造装置
１２ 送り装置
１３ 加熱装置
１４ 冷却装置
１５ スケール生成防止ガス供給装置
１５ａ 供給ポンプ
１５ｂ 供給ノズル
１６ 漏洩抑制部材
１７ 内部スケール生成防止ガス供給装置
１８ チャック
１８ａ 流路
１９ チャック
１９ａ 流路
２０ 冷却媒体
２１ 部分
２２ 周囲の空間
Ａ 第１の位置
Ｂ 第２の位置

Claims (2)

1. 閉じた横断面形状を有する中空の部材である鋼材をその長手方向へ送るための送り装置と、
   送られる鋼材から離間して第１の位置に配置されて、前記鋼材を焼入れ可能温度域に加熱する加熱装置と、
   前記第１の位置よりも前記鋼材の送り方向の下流の第２の位置で前記鋼材に冷却媒体を吹き付けることにより該鋼材を焼入れる冷却装置と、
   前記鋼材の送り方向の後端部に設置されるとともに前記鋼材の内部に不活性ガスまたは還元性ガスを供給するための流路を有するチャックと、
   前記流路を介して、前記鋼材の内部に不活性ガスまたは還元性ガスを供給する内部スケール生成防止ガス供給装置と、
   前記鋼材における、前記加熱装置により加熱されて、酸化スケールが生成する高温にある部分へ向けて不活性ガス又は還元性ガスを、前記第１の位置から第２の位置へ向かう側へ向けて吹き付けることによって該加熱された部分の周囲の空間に不活性ガス又は還元性ガスを供給して、該空間に不活性ガス又は還元性ガスを充満させるスケール生成防止ガス供給装置と、
   前記第１の位置よりも前記鋼材の送り方向の上流側に配置されて、前記不活性ガス又は前記還元性ガスが、前記加熱された部分の周囲の空間から洩れ出すことを抑制するための漏洩抑制部材と、
   前記鋼材の送り方向の先端部に配置され、前記鋼材の内部に供給された前記不活性ガスまたは還元性ガスを前記鋼材の外部へ排出するための流路を有するとともに、前記チャックとともに前記高温の部分の両側の部分の位置を適宜制御することにより前記鋼材を屈曲部材に製造するチャックと
   を備えることを特徴とする屈曲部を有する焼入れ鋼材の製造装置。
2. 前記不活性ガスはＮ_２ガスである請求項１に記載された焼入れ鋼材の製造装置。