JP5644520B2

JP5644520B2 - 輻射伝熱加熱用金属板及びその製造方法、並びに異強度部分を持つ金属加工品及びその製造方法

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Publication number: JP5644520B2
Application number: JP2011003702A
Authority: JP
Inventors: 加藤　敏; 敏加藤; 好史小林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: JP2012144773A

Description

本発明は、加工性に優れた輻射伝熱加熱用金属板及びその製造方法、並びに異強度部分を持つ金属加工品及びその製造方法に関する。

自動車用構造部品をはじめとする多くの機械部品は、鋼板やその他の金属板をプレス加工することにより製造されている。ところが、一般的な冷間プレス成形により得られた製品は、内在応力によってスプリングバックが発生しやすく、寸法精度が安定しないという問題がある。この問題を解決する一つの手法として、ホットスタンプと呼ばれる熱間プレスが注目されている。このホットスタンプは、予め所定温度まで加熱しておいた鋼板をプレス成形するとともにプレス金型中で急冷し、焼入れを行う成形方法である。この方法を用いることにより、スプリングバックが発生せず、寸法精度及び強度の高い成形品を製造することができる。

このホットスタンプを行うためには、予め鋼板の金属組織がオーステナイト単相となる温度域まで加熱しておく必要がある。加熱方法としては、ガス加熱炉などが一般的に用いられているが、ガス加熱炉などでは加熱効率が低く生産性が劣る。そのため、生産性を高めるためには設備を大きくする必要があり、コストが高くなる。そこで、生産性を高める加熱方法として、特許文献１に示されるような通電加熱が提案されている。この通電加熱は、金属板の両端に電極を接触させて通電し、ジュール熱によって加熱する方法であり、エネルギーの無駄が少なく、急速に加熱することができるという利点がある。しかしながら、金属板の形状が四角形ではない異型形状である場合には、断面積の小さい部分に電流が集中してしまうため、所望の領域を均一加熱することができないという問題がある。なお、金属板の特定部分を均一に加熱するためには、レーザー加熱を行うことが考えられるが、設備コストが嵩むうえに生産性が悪いという問題がある。

また従来、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線ランプを用いた輻射伝熱加熱によれば金属板が全体を均一に加熱することができることが知られているが、自動車用構造部品などとして用いられる金属板の多くは熱延鋼板や冷延鋼板、亜鉛めっきやアルミニウムめっきが施されためっき鋼板であり、近赤外線の大部分が金属板の表面で反射されてしまうため、輻射伝熱加熱による加熱効率は著しく低い。例えば、Ｃ：０．２２質量％、Ｓｉ：０．１５質量％、Ｍｎ：２．０質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｔｉ：０．０２３質量％、Ａｌ：０．０３５質量％、Ｂ：１５ｐｐｍ、Ｎ：２０ｐｐｍを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、板厚が１．６ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を、短辺１７０ｍｍ、長辺４４０ｍｍに切断し、前述の近赤外線ランプを用いて２０℃から８５０℃まで輻射伝熱加熱して鋼板の温度を測定した。この場合、近赤外線の反射率が高いために昇温速度は３０℃／秒であったが、同じ条件で通電加熱した熱延鋼板では、昇温速度は５８℃／秒であった。このように溶融亜鉛めっき鋼板を近赤外線により輻射伝熱加熱すると昇温速度は非常に低く、その結果として加熱コストが高くなり、加熱速度も遅く生産性が悪い。

このため、特許文献６のように、金属帯の表面に塗装、溶射、ブラスト、エッチング、黒色化、めっきのいずれかで処理する部分と処理しない部分をつくり、これを輻射加熱することで強度を造り分ける記載がある。しかしながらこの場合でも、処理する部分と処理しない部分で概ね段階的に強度差が大きく発生し、新たなニーズとして連続的に異なる強度分布を形成する金属加工品を製造するには適さない。

特開２００４−５５２６５号公報特開２００６−３０６２１１号公報特開２００５−３３０５０４号公報特開２００６−２８９４２５号公報特開２００９−６１４７３号公報特願２００９−１８３２２０号

従って本発明の第１の目的は、金属板の表面反射率が高い場合にも、簡単に所望の温度にまで加熱する上に、連続的に強度の異なる部分を持つ金属加工品を、低コストで、生産性よく製造することができ、また強度の異なる部分の配置に制約の少ない異強度部分を持つことができる輻射伝熱加熱用金属板及びその製造方法を提供することである。
また本発明の第２の目的は、連続的に強度の異なる部分を持つ金属加工品を、低コストで、生産性よく製造することができ、また強度の異なる部分の配置に制約の少ない異強度部分を持つ金属加工品及びその製造方法を提供することである。

本発明に係る輻射伝熱加熱用金属板は、輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部または全体に、ドットの数、ドットの１個当たりの大きさ、ドットの分布密度および／または模様の線の数、模様の線の太さ、模様の分布密度、模様のパターンによる反射率低減処理の濃淡が形成されていることを特徴とするものである。反射率低減処理が１００％施された領域の反射率が、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線による輻射伝熱加熱において、４０％以下であることが好ましい。また、金属板を、めっき鋼板とすることができる。

また、本発明に係る輻射伝熱加熱用金属板の製造方法は、輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部または全体に、ドットの数、ドットの１個当たりの大きさ、ドットの分布密度および／または模様の線の数、模様の線の太さ、模様の分布密度、模様のパターンによる反射率低減処理の濃淡が形成された反射率低減処理を行い、輻射線の反射率を元の金属板の表面よりも低下させる部分が形成されていることを特徴とするものである。

なお、前記の金属板表面への反射率低減処理としては、塗装、印刷、また、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、表層面の材質変更処理などにより適用することができるが、これら手法に限定されるものではない。なお、反射率低減処理は黒色系のものが好ましい。いずれの場合にも反射率低減処理が１００％施された領域の、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線による輻射伝熱加熱における反射率を４０％以下、好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２５％以下とする。

また、本発明に係る異強度部分を持つ金属加工品は、前記の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法により製造された金属板を用い、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線を発生させる輻射伝熱加熱装置にて加熱した後に、ホットスタンプによる成形、焼入れを行った後に冷却することで、金属加工品内の差がＨＶ１８０、好ましくはＨＶ２００以上であることを特徴とし、さらにビッカース硬度が２５０〜４５０の領域をもつことを特徴としている。

また、本発明に係る異強度部分を持つ金属加工品の製造方法は、前記の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法により製造された金属板を用い、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線を発生させる輻射伝熱加熱装置にて反射率低減処理が１００％施された領域を８００〜９００℃まで加熱した後に、ホットスタンプによる成形、焼入れを行った後に冷却を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、前記の金属表面処理への反射率低減処理により加熱効率の勾配をつけて、金属加工品に連続した温度勾配をつけることができ、輻射伝熱加熱によって従来よりも低コストで生産性よく金属板の特定部分のみを一層集中的に加熱することが可能となる。また、金属加工品として部品設計の自由度がさらに高くなるなど、多くの利点がある。

図１は、ドットの１個当たりの大きさ、分布密度による反射率低減処理により全体に反射率低減処理を施した金属板の一例を示す図である。図２は、線の太さを変化させた格子模様による反射率低減処理により表面の一部に反射率低減処理を施した金属板の一例を示す図である。図３は、本発明の金属加工品を製造する工程を示す図である。図４は、模様の線の太さ、分布密度、パターンによる反射率低減処理により表面の一部に反射率低減処理を施した金属板を、近赤外線加熱した場合の昇温状況を示す図である。図５は、表面の一部に均一な反射率低減処理を施した金属板を、近赤外線加熱した場合の昇温状況を示す図である。図６は、図４、図５の各部位のホットスタンプ後の強度、硬度を示す図であり、（ａ）は部位毎に強度（ＴＳ：引張強度）で、（ｂ）は部位毎に硬度（ビッカース硬度）で示した図である。図７は、ドットの１個当たりの大きさ、分布密度による反射率低減処理により全体に反射率低減処理を施した金属板を、近赤外線加熱した場合の昇温状況を示す図である。図８は、成形品の状態で強度が必要な部位に合わせて反射率低減処理を施した一例を示す図である。図９は、成形品の状態で強度が必要な部位に合わせて反射率低減処理を施した一例を示す図である。

本実施形態では、前述のような高反射率の金属板の表面に、近赤外線などの輻射線の反射率を元の金属板の表面よりも低下させる反射率低減処理を、ドットの数、ドットの１個当たりの大きさ、ドットの分布密度および／または模様の線の数、模様の線の太さ、模様の分布密度、模様のパターンによって金属板表面の反射率低減処理率に濃淡の変化をつけて施す。（以下、ドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理、とする）即ち、ドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理によって金属板表面が１００％処理されていればその部分は１００％反射率低減されるが、ドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理に未処理の部分が含まれる場合、その比率によって反射率低減効果が薄れることになる。反射率低減処理の具体的な手法としては、塗装、また、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、表層面の材質変更処理などを適用できるが、これら手法に限定されるものではない。なお、これらの反射率低減処理は金属板の片面だけに行っても、表裏両面に行っても良い。また加熱効率の改善を得るためには、反射率低減処理が１００％施された領域での反射率が４０％以下、好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２５％以下であることが好ましい。なお、反射率は次のように測定した。すなわち、島津製分光光度計ＵＶ−３１００ＰＣと、マルチパーパース大型試料室ＭＰＣ−３１００とを用い、メルク社製ＢａＳＯ_４で２４００〜３００ｎｍ間のベースライン補正をした後、試験材をセットし、入射角８度で拡散反射を含む全反射スペクトルを測定した。得られた全反射スペクトルの波長に相当する反射率を、本発明における反射率と定義した。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、ドットの１個当たりの大きさ、分布密度による反射率低減処理により表面全体を反射率低減処理領域２とした金属板１を示す図であり、図２は、線の太さを変化させた格子模様による反射率低減処理により表面の一部を反射率低減処理領域２とした金属板１を示す図である。
図１、及び図２に示されるように、本実施形態では金属板１の表面にドット、模様の濃淡による反射率低減処理を施すことによって、反射率低減処理領域２が形成される。金属板１は、後工程においてホットスタンプが行われる金属板であり、ホットスタンプの直前に近赤外線などによる輻射伝熱加熱が行われるものである。

金属板１の種類は特に限定されるものではないが、ホットスタンプ用の金属板として代表的なものは、熱延鋼板、冷延鋼板、めっき鋼板である。ここで、めっき鋼板には、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、または電気亜鉛めっき、合金化電気亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっきや、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉ等を含有した亜鉛−合金めっきが施された鋼板などがあるが、ホットスタンプに適用できるのであれば、これらに限定されない。

自動車用の構造部品などでは、大きい荷重が加わる部分の強度を高くし、その他の部分は溶接性や延性を考慮して強度を高めたくない場合がある。また、逆に、特定部分のみ強度を低下させておきたい場合もある。このような異強度部分を持つ金属加工品は、以上に記したような本実施形態で反射率低減処理領域が形成された金属板を用いて、図３に示す手順によって製造できる。なお金属板は、切断やプレスによる打抜き加工で得た金属板に反射率低減処理を行うほか、以下のような方法でも得ることができる。まず、切断やプレスによる打抜き加工を行う前に鋼帯等の金属素材の表面に対してドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理を施し、輻射伝熱効率が部分的に異なる部位を予め形成しておく。そして、切断やプレスによる打抜き加工を行って金属板としてもよい。また、図４に示す例では、反射率低減処理ありとなしの領域の境界が明瞭であるが、輻射伝熱効率を連続的に変化させるように反射率低減処理ありの領域で、模様の線の数、模様の線の太さ、模様の分布密度、模様のパターンにより模様の濃淡を形成することも可能である。

図４に示す例では、赤外線（波長０．７〜２．５μｍ）を照射し、金属板１全体を均等に輻射伝熱加熱する。なお、近赤外線を発生させる輻射伝熱加熱装置としては、近赤外線ランプ、近赤外線ヒータなどがある。一般的なガス加熱炉や、電気加熱炉、赤外線ランプや赤外線ヒータを備えた通常の加熱装置で発生できる中赤外線や遠赤外線加熱の２．５μｍ以上の波長に占めるスペクトル量は５０％程度であるのに対し、近赤外線加熱ではスペクトル量が９０％程度であるので高いエネルギー密度を得ることができ、高速加熱が可能な加熱方式としてより好ましい。

近赤外線で高速加熱することにより金属板１の反射率差の効果が大きく現れて金属板１に温度差を付け易い。一方、ガス加熱炉、電気加熱炉、赤外線ランプ、または赤外線ヒータで加熱すると、金属板１の温度差を小さくすることができる。これにより、反射率を低減させて輻射伝熱効率を高くした中央部２は急速に加熱される。一方、その他の周縁部３は模様の濃淡により、中央部２よりは反射率が高く輻射伝熱効率が低いため、加熱速度は遅い。さらに反射率低減未処理部４は、通常の金属板の反射率のままで一層加熱速度は遅い。この結果、中央部２が高温であり周縁部３が比較的低温で、かつ中央部２と周縁部３の温度勾配は連続しており、反射率低減未処理部４はさらに低温である加熱金属板を得る。なお、加熱金属板にホットスタンプを行う場合には、高温部である中央部２は鋼材の金属組織がオーステナイト単相に変態する温度以上にまで昇温されるが、低温部である反射率低減未処理部４はオーステナイト単相に変態を完了しない温度に留めておくことが好ましい。周縁部３は必要に応じて、オーステナイト単相に変態する温度以上で温度勾配をつけるか、オーステナイト単相に変態を完了しない温度で温度勾配をつけるか、その模様の濃淡を調整して決定する。

図５は、反射率低減処理部と反射率低減未処理部を持つ金属加工品と、これに図４の場合と同じ近赤外線加熱した場合の昇温状況を示す図であるが、反射率低減処理部が均一な場合である。なお、図４、図５に用いた金属板は、Ｃ：０．２２質量％、Ｓｉ：０．１５質量％、Ｍｎ：２．０質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｔｉ：０．０２３質量％、Ｂ：１５ｐｐｍ、Ａｌ：０．０３５質量％、Ｎ：５０ｐｐｍ以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物の組成を有する溶融亜鉛めっき鋼板であり、常温における引張強度（以下、単に強度）は６００ＭＰａである。金属組織がオーステナイト単相に変態する８００〜９００℃まで加熱した後にホットスタンプによる焼入れを行うと、強度が１５５０ＭＰａにまで著しく向上するが、加熱温度をオーステナイト単相に変態を完了していない７００℃以下とすると、ホットスタンプによる焼入れを行っても強度上昇はほとんど認められない。

次に、加熱された図４、図５の金属板に対して、冷却を伴う熱処理加工を行う。これは単なる焼入れ加工であってもよいが、好ましくはホットスタンプ加工である。ホットスタンプ加工は成形金型の内部で焼入れを行う加工法であり、反りやスプリングバックが極めて小さい状態でプレス加工が可能である。このような冷却を伴う熱処理加工を行うと、鋼材の金属組織がオーステナイト単相に変態する温度以上にまで昇温された中央部２や周縁部３の高温部、特にオーステナイト単相に変態する温度異常まで昇温された部分は焼入れされて強度が著しく高くなり、オーステナイト単相に変態を完了していない周縁部３はほぼ元の強度のまま、同様に反射率低減未処理部４もほぼ元の強度となるが、その昇温量の差から、強度に多少差がつくこととなる。

図６に図４、図５のそれぞれの部位でのホットスタンプ後の強度、硬度を示す。図６の（ａ）は部位毎に強度（ＴＳ：引張強度）で、（ｂ）は部位毎に硬度（ビッカース硬度）で示した図である。図４の場合のように、反射率低減処理ありの領域で、模様の濃淡を形成すれば、図５の場合のように単に同程度強度アップするところを、領域内で連続的に変化をつけることができ、例えば自動車用強度部材のような金属加工性の設計に有効活用できる。このようにドット、模様の濃淡により、反射率低減処理部と反射率低減未処理部、反射率低減処理部内でもそのドット、模様の濃淡により、ビッカース硬さの差がＨＶ１８０以上、好ましくはＨＶ２００以上であることを特徴とする異強度部分を持つ金属加工品を得ることができる。ビッカース硬度差が１８０以上必要な理由は、確実に焼入れが入った部分との強度の差が６００ＭＰａ以上がビッカース硬度差で１８０以上となり、好ましくは強度差が７００ＭＰａ以上、即ちビッカース硬度差で２００以上あればホットスタンプによる金属加工品として好適である。この金属加工品は荷重を受ける反射率低減処理部やその中央部２は強度が高く、溶接性や延性が要求される周縁部３や反射率低減未処理部４は元の強度のままであるため、自動車部品として用いるのに好適なものである。このように本実施形態によれば異強度部分を持つ金属加工品を容易に製造することができる。

また、本発明の特徴の一つとして、ホットプレスによる金属加工品においてビッカース硬度が２５０〜４５０（強度で８００〜１４００ＭＰａ）という中間的な硬度の領域をもつことがあげられる。これは従来の反射率低減処理の有無だけによる強度差や硬度差を形成する際に、その有無の境界に形成されるような断点的かつ狭い範囲の中間的な硬度の領域とは異なり、前述の反射率低減処理の濃淡により、任意かつ広範囲に、さらには連続的に形成できるものである。

なお、異強度部分の配置は任意であり、図７に示す金属板１の全面にドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理を施して異強度部分を配置してもよい。図８、図９は、図４、図７の金属板を成形品の状態で強度が必要な部位に合わせて反射率低減処理を施した例である。処理の位置はこれらに限らず、必要に応じ金属板上に複数施しても、バンド状だけでなく特定範囲やスポット的範囲に施しても構わない。

反射率低減処理としては、例えば以下の処理があげられる。
黒色系の塗装は、有機系あるいは無機系の黒色塗料を金属板１の表面に塗装することによって反射率を低減させる手法である。なお、完全な黒色である必要はなく、黒っぽい色彩であればよい。この方法はローラや塗装ガン、インクジェット方式やドットタイプのプリンタによる印刷、その他の塗装機器を用いてドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理として黒色塗料を塗り分けるだけで簡単に行うことができる。また、適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分だけに簡単に塗装を行うことができるが、スタンプする方法を用いれば、マスキングを行わずに金属板１の任意の部分だけに簡単に塗装を行うこともできる。さらに、黒色系の塗装では、例えば、金属板表面をアルコールなどで脱脂した後に例えば東海カーボン製アクアブラックを塗装することができる。

金属板表面へ凹凸を付与する処理は、機械的な手法であるショットブラスト処理や圧延、レーザーによりドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理部に処理／未処理部分が発生するように処理することによって反射率を低減させる手法である。また、何れの場合にも、適宜のマスキングを行うか、ブラストのノズルの向きを制御することによって、金属板１の任意の部分のみに凹凸を付与して、反射率を低減させることができる。なお、レーザーによる方法の場合は、マスキングによらずに任意の部分にのみレーザー光の向きによる調節もしくはＯＮ／ＯＦＦにより凹凸を付与してもよい。

ショットブラスト処理では、例えばブラスト＃２４、４０、６０、８０などを用い、直接金属板にブラストするか、圧延ロールにブラストして圧延ロールの粗度を調整し、金属板を圧延することで凹凸を付与する。一方、レーザーによる方法では、ＣＯ_２、ＹＡＧ、ファイバーなど発信機の制約はなく、凹凸の与え方は、格子状、縞状、点列状に付与することができ、ブラストと同様に直接金属板に照射するか、圧延ロールに照射してこれを用いて圧延することで凹凸を得る。付与された凹凸は、例えば表面粗さＲａで０．６μｍ以上、好ましくは０．８μｍ以上にすることが好ましい。

黒色系のめっき処理は、例えば黒色無電解ニッケルめっきを行うことによって反射率を低減させる手法である。ドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理のために適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分のみめっき処理してめっきの有無をつくり分け、反射率を低減することができる。

黒色系の溶射は、例えばＡｌ_２Ｏ_３-ＴｉＯ_２系溶射材料など黒色系の物質をプラズマ溶射することによって反射率を低減させる手法である。なお、完全な黒色である必要はなく、黒っぽい色彩であればよい。ドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理のために適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分だけに簡単に溶射して溶射の有無をつくり分け、反射率を低減することができる。

酸性溶液への浸漬による着色処理は、例えばシュウ酸水溶液による黒色化処理によって反射率を低減させる手法である。ドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理のために適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分のみ処理して黒色化処理の有無をつくり分け、反射率を低減することができる。

化学的なエッチング処理は、例えば２５℃の１０％のＨＣｌ水溶液に１０秒浸漬した後、水洗、乾燥する方法によって反射率を低減させる手法である。ドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理のために適宜のマスキングを行うことによって金属板１の任意の部分のみ処理してマスキングの有無をつくり分け、反射率を低減することができる。

表層面の材料変更処理は、温度６０℃の塩化ニッケル六水和物の１０％水溶液に５秒間浸漬した後、水洗、乾燥する黒色化方法によって反射率を低減させる手法である。ドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理のために適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分のみ処理しで黒色化の有無をつくり分け、反射率を低減することができる。

本発明において、ドットの数、１個当たりの大きさ、分布密度、模様の線の数、線の太さ、分布密度、パターンが重要な要件となる。ドットの大きさを一定にして分布密度で濃淡を付けてもよいし、ドットの大きさで濃淡を付けてもよいし、これらを併用しても構わない。ドットの大きさは、例えば自動車用構造部品に用いる場合は、０．０１ｍｍ／個〜１０ｍｍ／個程度の大きさを必要に応じて使い分ければよい。分布密度はドットの大きさにもよるが、反射率低減処理を行う部分の面積に対し、下記表１の各反射率低減処理の反射率（１００％時）を参考に面積比で計算し、平均の反射率が前述の反射率４０％以下、好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２５％以下となる分布密度にする。

模様の線の太さ、パターンについても同様で、線の太さを一定にして本数で濃淡を付けてもよいし、線の太さで濃淡を付けてもよいし、線の太さを変化させてもよいし、これらを併用しても構わない。線の太さもドットと同様に０．０１ｍｍ／本〜１０ｍｍ／本程度の太さを必要に応じて使い分けたり、線１本の中で０．０１〜１０ｍｍ／本の範囲で変化させても構わない。分布密度についてもドットの場合と同様である。パターンについては、斜線状、格子状、放射状、多角形、曲線形、波状、実線、点線、あるいはこれらの複数の組合せにより必要な反射率となるように調整する。なお、さらにドットと模様を組み合わせても構わない。

従来法と比較した本発明方法の利点をまとめると次の通りである。
本実施形態に係る方法によれば、予め異種の金属板を溶接してテーラード金属板を製作したうえでこれを加工し、部分的に異なる強度を持たせるテーラードブランク法と比較すると、予備金属板加工や溶接加工が不要であり、複数種類の材料を用いる必要がない。このため、製造コストが安価になる。また、テーラードブランク法では強度変化部となる溶接線の位置や本数に制約があったが、本実施形態ではそのような制約はなく、自由な位置にマスキングをして反射率低減処理を行うことにより、自由な位置に自由な形状の異強度部分を形成することができる。

また、部品成形前あるいは部品成形後の部分焼入れ法と比較すると、工程数が少なく設備費用が安価であるから製造コストが安価になる。また、部分焼入れ法よりも異強度部分の形状は配置の自由度が大きい。

このように本実施形態によれば、単一の部品内で強度が必要な部分のみを強化することができるため、部品全体を強化する必要がなく、部品重量を軽量化することができる。また単一の部品内で強度を上昇させていない部位を設けることができるので、他の部品との溶接が容易である。また、延性を高くしておくことができる。更に温間あるいは熱間で成形するため、部品形状の自由度を大きくとれ、反りやスプリングバックを小さくできるという利点もある。

本発明によれば、近赤外線の反射率を元の金属板の表面よりも低下させた反射率低減処理領域において近赤外線の吸収率が高まり、加熱効率を高めることができる。このため、輻射伝熱加熱によって従来よりも低コストで生産性よく金属板の特定部分のみを集中的に加熱することが可能となる。

また、本発明の他の特徴によれば、金属板の特定部分に対して黒色系の塗装、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、または表層面の材質変更処理などをドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理により適用することにより上記のような輻射伝熱加熱用金属板を安価に製造することができる。

また、本発明のその他の特徴によれば、金属板の表面に輻射伝熱効率が部分的に異なる部位をドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理により形成する処理と、輻射伝熱加熱とを組み合わせることによって、金属板の温度を意識的に変化させておき、ホットスタンプ加工や焼入れや等の冷却を伴う熱処理加工を行うことによって、強度の異なる部分を任意の位置に連続的に持つ金属加工品を製造することができる。このように金属板の表面の輻射伝熱効率が部分的に異なるようにする処理は、塗装、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、または表層面の材質変更処理などをドット、模様等による金属板表面の反射率低減処理により適用することよって安価に行うことができるため、コストアップが小さく済む。また、これらの処理は生産性よく行うことができるうえ、輻射伝熱効率が部分的に異なる部位として自由な位置を選択することができるので、部品設計の自由度が高くなるなど、多くの利点がある。

尚、本発明に用いられる金属板は、焼き入れが可能であれば好適で、例えば熱延鋼板、冷延鋼板、およびこれらに溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき、合金化電気亜鉛めっき、溶融アルミめっきなどの表面処理を施したものも好適である。

１金属板
２中央部
３周縁部金属板
４反射率低減処理領域

Claims

輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部または全体に、ドットの数、ドットの１個当たりの大きさ、ドットの分布密度および／または模様の線の数、模様の線の太さ、模様の分布密度、模様のパターンによる反射率低減処理の濃淡が形成されていることを特徴とする輻射伝熱加熱用金属板。
反射率低減処理が１００％施された領域の反射率が、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線による輻射伝熱加熱において、４０％以下であることを特徴とする請求項１記載の輻射伝熱加熱用金属板。
前記金属板が、めっき鋼板であることを特徴とする請求項１記載の輻射伝熱加熱用金属板。
輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部または全体に、ドットの数、ドットの１個当たりの大きさ、ドットの分布密度および／または模様の線の数、模様の線の太さ、模様の分布密度、模様のパターンによる反射率低減処理の濃淡が形成された反射率低減処理を行い、輻射線の反射率を低下させることを特徴とする輻射伝熱加熱用金属板の製造方法。
前記反射率低減処理により、反射率低減処理が１００％施された領域の反射率が、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線による輻射伝熱加熱において、４０％以下の部分を形成することを特徴とする請求項４記載の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法。
前記金属板表面への反射率低減処理が、塗装、印刷、ブラストや圧延もしくはレーザーによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理、及びエッチングのうちのいずれかであることを特徴とする請求項４記載の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法。
前記金属板表面への反射率低減処理が、表層面の材質変更処理であることを特徴とする請求項４記載の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法。
請求項４乃至７のいずれか１項の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法により製造された金属板を用い、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線を発生させる輻射伝熱加熱装置にて加熱した後に、ホットスタンプによる成形、焼入れを行った後に冷却することで、金属加工品内のビッカース硬さの差がＨＶ１８０以上であることを特徴とする異強度部分を持つ金属加工品。
金属加工品内のビッカース硬さの差がＨＶ２００以上であることを特徴とする請求項８記載の異強度部分を持つ金属加工品。
さらにビッカース硬度が２５０〜４５０の領域をもつことを特徴とする請求項８または９に記載の異強度部分を持つ金属加工品。
請求項４乃至７のいずれか１項の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法により製造された金属板を用い、波長が０．７〜２．５μｍの近赤外線を発生させる輻射伝熱加熱装置にて、反射率低減処理が１００％施された領域を８００〜９００℃まで加熱した後に、ホットスタンプによる成形、焼入れを行った後に冷却を行うことを特徴とする請求項８乃至１０の何れか１項に記載の異強度部分を持つ金属加工品の製造方法。