JP5609172B2

JP5609172B2 - 高温摺動試験装置

Info

Publication number: JP5609172B2
Application number: JP2010054468A
Authority: JP
Inventors: 知克片桐; 章翁篠原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: JP2011183451A

Description

本発明は、鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を評価するための高温摺動試験装置に関するものである。

近年、地球環境問題を発端とした低燃費化の動きから自動車用鋼板の高強度化に対する要望が強い。しかし、一般に高強度化は加工性、成形性の低下を伴い、高強度と高成形性を両立する鋼板が望まれている。

そこで、高強度と高成形性を両立させる工法として最近注目を浴びているのが熱間プレス（ホットプレス、ホットスタンプ、ダイクエンチ、プレスクエンチ等とも呼称される）である。この工法は、鋼板を８００℃以上のオーステナイト域まで加熱した後に５００℃以上の温度でプレス成形することにより、高強度鋼板の成形性の課題を無くし、成型後の冷却により焼きを入れて所望の材質を得るというものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−０９６０３１号公報

上記のような鋼板の熱間プレス工法において重要なのは、プレス成形中の鋼板とプレス金型との間の摺動特性であり、摺動特性が不良であると、プレス欠陥の発生等を招く可能性がある。

しかし、これまで、鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を適切に評価することができる試験装置は見当たらなかった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を的確に評価することができる高温摺動試験装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を評価するための高温摺動試験装置であって、帯状の試験鋼板を８００℃以上に加熱することが可能な加熱装置と、試験鋼板と摺動させる摺動金型と、試験鋼板を掴んで引き抜く引抜シリンダーとを備え、前記引抜シリンダーを作動させて、前記加熱装置で８００℃以上に加熱された後５００℃以上の温度にある試験鋼板と常温以上２００℃以下の温度にある摺動金型とを摺動させることを特徴とする高温摺動試験装置。

［２］加熱装置への試験鋼板の挿入・抽出方向と引抜シリンダーによる試験鋼板の引抜方向が同一直線上になるように、加熱装置と摺動金型と引抜シリンダーとが配置されていることを特徴とする前記［１］に記載の高温摺動試験装置。

本発明の高温摺動試験装置を用いることによって、鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を的確に評価することができる。

本発明の一実施形態に係る高温摺動試験装置を示す図である。本発明の一実施形態に係る高温摺動試験装置における試験手順を示す図である。本発明の実施例１における試験状況を示す図である。本発明の実施例１における摺動特性（摩擦係数）を示す図である。本発明の実施例１における摺動金型の表面状態を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る高温摺動試験装置を示すものである。図１に示すように、この実施形態に係る高温摺動試験装置１は、鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を評価するための試験装置であり、帯状の試験鋼板（試験片）１０の後端の所定長さ部分（摺動特性評価部）１０ｂを挿入して８００℃以上に加熱することが可能な加熱炉１１と、加熱炉１１の出側で試験片１０を支持する試験片受け具１２と、加熱炉１１によって加熱された試験片１０を所定の温度に冷却する冷却ブロック１３と、試験片１０を上下から挟み込んで試験片１０と摺動する上下一対の摺動金型１４と、試験片１０の先端１０ａをチャック１５ａで掴んで長手方向に引き抜く引抜シリンダー１５を備えている。ちなみに、加熱炉１１への摺動特性評価部１０ｂの挿入方向・抽出方向と引抜シリンダー１５による試験片１０の引抜方向が同一直線上になるように、加熱炉１１と摺動金型１４と引抜シリンダー１５とが配置されている。

さらに、加熱炉１１の炉内温度を測定する温度計２１と、摺動金型１４の入側における試験片温度を測定する放射温度計２２と、摺動金型１４の出側における試験片温度を測定する放射温度計２３と、摺動金型１４の温度を測定する温度計２４と、摺動金型１４が試験片１０を挟み込む力（挟圧力、垂直荷重）Ｗを測定する垂直荷重計２５と、引抜シリンダー１５の引抜力Ｔを測定する引抜力計２６を備えている。

そして、試験片１０の先端１０ａをチャック１５ａで掴んだ引抜シリンダー１５を作動させて、試験片１０を長手方向に引き抜くことで、試験片１０の摺動特性評価部１０ｂと摺動金型１４とを摺動させるようになっている。その際に、摺動特性評価部１０ｂは加熱炉１１で８００℃以上に加熱された後、５００℃以上の温度で摺動金型１４と摺動するようになっている。なお、摺動特性評価部１０ｂと摺動する際の摺動金型１４は、常温以上２００℃以下の温度に保持される。

そして、摺動特性評価部１０ｂが摺動金型１４と摺動する際の引抜力Ｔと垂直荷重Ｗの比Ｔ／Ｗ（摩擦係数に相当）によって摺動特性を評価するようにしている。

上記のように構成された高温摺動試験装置１を用いて摺動特性を評価する際の手順は以下の如くである。図２は、高温摺動試験装置１における試験手順を示す図である。

（Ｓ１）摺動金型１４を上下に退避させておき、試験片１０の先端１０ａを引抜シリンダー１５のチャック１５ａに装着する。

（Ｓ２）次に、試験片１０の摺動特性評価部１０ｂを加熱炉１１に挿入する。

（Ｓ３）そして、摺動特性評価部１０ｂを加熱して８００℃以上の所定温度に昇温させる。

（Ｓ４）次に、引抜シリンダー１５を作動させて、摺動特性評価部１０ｂを加熱炉１１から抽出し、摺動金型１４の入側まで移動させる。

（Ｓ５）そして、摺動金型１４で試験片１０を上下から挟み込み、所定の挟圧力（垂直荷重）Ｗを印加する。

（Ｓ６）そして、摺動特性評価部１０ｂが所定温度となったところで、引抜シリンダー１５を作動させて試験片１０を引抜き、冷却ブロック１３で温度調整されて５００℃以上の所定の温度になっている摺動特性評価部１０ｂを常温以上２００℃以下の温度の摺動金型１４と摺動させる。その際に垂直荷重Ｗと引抜力Ｔを測定し、摩擦係数Ｔ／Ｗを算出する。

なお、上記の（Ｓ３）〜（Ｓ６）の工程では、制御装置（図示せず）が引抜シリンダー１５の引抜位置と摺動金型１４の垂直位置および垂直荷重の印加タイミングを制御して、シーケンシャルに動作させるようになっており、これによって、この高温摺動試験装置の制御性と再現性を向上させるようにしている。

このようにして、この実施形態においては、鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を的確に評価することができる。

上記の本発明の一実施形態に係る高温摺動試験装置を用いて、熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性の評価を行った。

まず、高温摺動試験装置の仕様は以下に示すものであった。

（ａ）加熱炉
炉形式：管状炉
加熱温度：最大１０００℃
炉芯寸法：直径３０ｍｍ×長さ３００ｍｍ
均熱帯長：２００ｍｍ
（ｂ）負荷荷重等
垂直荷重：最大１０ｋＮ
引抜力：最大６ｋＮ
摺動速度：３〜３００ｍｍ／ｓ

そして、試験条件等は以下に示すものであった。

（ｃ）試験鋼板（試験片）
材質：ＳＰＣ５９０、裸材を溶剤脱脂
寸法：厚さ１．６ｍｍ×幅２０ｍｍ×長さ７００ｍｍ
（ｄ）摺動金型
材質：（１）ＳＫＤ１１、（２）Ｓ４５Ｃ
形状：摺動部は平面で、長さ１０ｍｍ×幅５０ｍｍ
表面状態：＃１０００研磨
（ｅ）試験条件
炉温設定：８００℃
在炉時間：１０ｍｉｎ
摺動金型初期温度：室温
摺動距離：２００ｍｍ（すなわち、摺動特性評価部の長さ）
摺動速度：２０ｍｍ／ｓ
垂直荷重：１．９６ｋＮ

上記に基づく試験結果を図３〜図５に示す。

図３は、炉内温度および試験片温度等の経時変化を示すものである。

そして、ここでは、摺動金型として、（１）ＳＫＤ１１を用いた場合と、（２）Ｓ４５Ｃを用いた場合についての高温摺動特性の比較を行うこととし、図４は、摩擦係数の比較を示したものであり、図５は、試験後の摺動金型の表面状態を示すものである。

図４、図５に示すように、ＳＫＤ１１を用いた場合に比べて、Ｓ４５Ｃを用いた場合は、摩擦係数が高く、試験後の摺動金型の表面も激しく損傷しており、摺動特性が悪い。

したがって、熱間プレス工法によってＳＰＣ５９０の鋼板を成形する場合には、プレス金型として、ＳＫＤ１１が適しており、Ｓ４５Ｃは不適であることが分かった。

このようにして、本発明においては、鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を的確に評価できることが確認された。

１高温摺動試験装置
１０試験片（試験鋼板）
１０ａ試験片の先端
１０ｂ試験片の摺動特性評価部
１１加熱炉
１２試験片受け具
１３冷却ブロック
１４摺動金型
１５引抜シリンダー
１５ａチャック
２１温度計
２２放射温度計
２３放射温度計
２４温度計
２５垂直荷重計
２６引抜力計

Claims

鋼板の熱間プレス工法における鋼板とプレス金型との間の摺動特性を評価するための高温摺動試験装置であって、帯状の試験鋼板を８００℃以上に加熱することが可能な加熱装置と、試験鋼板と摺動させる摺動金型と、試験鋼板を掴んで引き抜く引抜シリンダーとを備え、前記試験鋼板の摺動特性評価部が所定温度になった時点で、前記引抜シリンダーを作動させて、前記加熱装置で８００℃以上に加熱された後５００℃以上の温度にある試験鋼板と常温以上２００℃以下の温度にある摺動金型とを摺動特性評価部の長さだけシーケンシャルに摺動させて、垂直荷重と引抜力を測定することを特徴とする高温摺動試験装置。
加熱装置への試験鋼板の挿入・抽出方向と引抜シリンダーによる試験鋼板の引抜方向が同一直線上になるように、加熱装置と摺動金型と引抜シリンダーとが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高温摺動試験装置。