JP5660251B2 - 金属材料の塑性加工方法及び塑性加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、オーステナイトを含有する鋼材を、くびれや破断の発生を抑制しながら成形することが可能となる塑性加工方法及び塑性加工装置に関するものである。

これまで、鋼材の成形性を向上させることのできる塑性加工方法が種々提案されている。例えば、特許文献１に記載される塑性加工方法では、まず、鋼材のプレス成形前に、７５０℃〜１０００℃程度のオーステナイト単相領域となるＡｃ_３点以上に鋼材を加熱炉等で予め加熱する。このオーステナイト単相の状態の鋼材を、プレス成形し、鋼材から金型への伝熱を利用して鋼材を急冷して焼き入れすることで、高強度で寸法精度の良好なプレス成形品を製造する。

また、特許文献２に記載される塑性加工方法では、オーステナイトを含有する鋼材に対して、金型のダイを加熱するとともに、金型のパンチを冷却しながら絞り成形する。これにより、成形後にフランジ部となる鋼材の一部をダイとの間での伝熱により加熱させてその変形抵抗を低減させるとともに、鋼材のそれ以外の部位をパンチとの間での伝熱により冷却させてその変形抵抗を増大させて絞り成形することができる。従って、しわや破断の発生を防止しつつ絞り成形することが可能となる。

また、特許文献３に記載される塑性加工方法では、鋼材である被加工材の金属組織を、占積率で、母相としてベイニティック・フェライト及び／又はグラニュラー・ベイニティック・フェライトを７０％以上、第２組織として残留オーステナイトを５％以上３０％以下に、かつ上記残留オーステナイト中のＣ濃度を１．０質量％以上に制御する。これによって、室温で７％である上記鋼材の全伸び値が、２５０℃で２０％となり、その温度での成形性が向上する。

これらの従来技術によって、確かに、ある程度はオーステナイトを含有する鋼材の成形性が向上する。しかし、現在では、部品形状の複雑化や薄肉化が進み、さらなる成形性の向上が要求されている。

日本国特開２００５−１７７８０５号公報 日本国特開２００７−１１１７６５号公報 日本国特開２００４−１９００５０号公報

本発明は、上述した問題に鑑みて案出されたもので、オーステナイトを含有する鋼材を被加工材として用い、くびれや破断の発生を抑制して成形性を向上させることが可能となる塑性加工方法および塑性加工装置の提供を目的とする。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の一態様は、オーステナイトを含有する鋼材の塑性加工方法であって：ひずみ比βに依存して変化する前記鋼材の加工誘起変態延性極大温度を単位℃でＴ_βとし、前記Ｔ_βより低温度側である前記ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βとし、前記Ｔ_βより高温度側である前記ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βとしたとき、前記Ｔ_βと、前記σＬ_βと、前記σＨ_βとを、前記ひずみ比β毎に測定する物性解析工程と；前記鋼材を塑性変形させる際の予測破断箇所を特定し、前記予測破断箇所のひずみ比をβｘとしたとき、前記ひずみ比βｘを解析し、そして、前記ひずみ比βの中から前記ひずみ比βｘを選択する変形様式解析工程と；前記ひずみ比βｘに対する加工誘起変態延性極大温度を単位℃でＴ_βｘとし、前記Ｔ_βｘより低温度側である前記ひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βｘとし、前記Ｔ_βｘより高温度側である前記ひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βｘとし、前記予測破断箇所の局所温度を単位℃でＴ_{ｌｏｃａｌ}としたとき、前記Ｔ_βの中から前記Ｔ_βｘを、前記σＬ_βの中から前記σＬ_βｘを、前記σＨ_βの中から前記σＨ_βｘをそれぞれ選択し、そして、前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が下記の式１に示す第一温度範囲内となるように加熱する加熱工程と；前記加熱工程後の前記鋼材を塑性変形させる加工工程と；を備える。
Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ≦Ｔ_{ｌｏｃａｌ}≦Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ・・・（式１）
（２）上記（１）に記載の塑性加工方法では、前記加工工程での塑性変形中に変化する前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}の温度変位を単位℃でΔＴ_{ｌｏｃａｌ}としたとき、前記変形様式解析工程で、さらに、前記温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を解析し；前記加熱工程で、前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が下記の式２に示す第二温度範囲内となるように加熱してもよい。
Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}−２×σＬ_βｘ≦Ｔ_{ｌｏｃａｌ}≦Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}＋１．２５×σＨ_βｘ・・・（式２）
（３）上記（１）又は（２）に記載の塑性加工方法では、前記加熱工程で、前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が前記温度範囲内となるように、前記鋼材、金型、または、前記鋼材の周囲空間のうちの少なくとも一つを加熱してもよい。
（４）上記（１）又は（２）に記載の塑性加工方法では、前記加熱工程で、前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が前記温度範囲内となるように、熱媒体を加熱し；前記加工工程で、前記熱媒体の圧力により、前記鋼材を塑性変形させてもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の塑性加工方法では、前記変形様式解析工程で、前記予測破断箇所と、前記ひずみ比βｘと、前記温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}とを、塑性加工シミュレーションを用いて解析してもよい。
（６）上記（１）〜（３）又は（５）のいずれか一項に記載の塑性加工方法を行う塑性加工装置は、前記鋼材と金型とを収容する収容部と；前記鋼材、前記金型、または、前記鋼材の周囲空間のうちの少なくとも一つを加熱する加熱部と；前記加熱部により加熱された前記鋼材を、前記金型により塑性変形させる加工部と；を備える。
（７）上記（６）に記載の塑性加工装置では、前記収容部を覆うように配置される断熱部材を更に備えてもよい。
（８）上記（６）又は（７）に記載の塑性加工装置では、前記鋼材、前記金型、及び前記収容部内の空間の温度を計測する測温部を更に備えてもよい。
（９）上記（１）、（２）、（４）又は（５）のいずれか一項に記載の塑性加工方法を行う塑性加工装置は、前記鋼材と金型とを収容する収容部と；前記金型内に熱媒体を導入する熱媒体導入部と；前記鋼材、前記金型、前記鋼材の周囲空間、または、前記熱媒体のうちの少なくとも一つを加熱する加熱部と；前記加熱部により加熱された前記鋼材を、前記熱媒体の圧力により塑性変形させる加工部と；を備える。
（１０）上記（９）に記載の塑性加工装置では、前記収容部を覆うように配置される断熱部材を更に備えてもよい。
（１１）上記（９）又は（１０）に記載の塑性加工装置では、前記鋼材、前記金型、前記収容部内の空間、及び前記熱媒体の温度を計測する測温部を更に備えてもよい。

本発明の上記態様によれば、オーステナイトを含有する鋼材を塑性変形させる際、この鋼材の予測破断箇所のひずみ比に応じた加工誘起変態延性極大温度を含む温度範囲で塑性加工を行うため、この鋼材に発現する変態誘起塑性現象を最大限に活用することができる。その結果、くびれや破断の発生を抑制して成形性を向上させる塑性加工方法および塑性加工装置の提供が可能となる。

変態誘起塑性現象を説明する模式図である。 一軸引張、平面ひずみ引張、及び、等二軸引張を説明する模式図である。 低炭素鋼の各ひずみ比βにおける限界相当ひずみの温度依存性を示す図である。 図３中のβ＝０における限界相当ひずみ温度依存性の正規分布近似曲線を示す図である。 本発明の一実施形態に係る塑性加工装置の概略的な構成を示す一部切欠正面図である 本発明の別の実施形態に係る塑性加工装置の概略的な構成を示す一部切欠正面図である。 角筒絞り成形加工を説明する模式図である。

本発明の実施形態に係る塑性加工方法及び塑性加工装置について、詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

初めに、本発明の一実施形態に係る塑性加工方法について説明する。本実施形態の塑性加工方法では、オーステナイトを含有する鋼材を被加工材として用い、そして、この鋼材に発現する変態誘起塑性現象を最大限に活用する。

ここで、変態誘起塑性現象（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ：ＴＲＩＰ現象）について説明する。図１は、ＴＲＩＰ現象を説明する模式図である。図１に示すように、オーステナイトを含有する鋼材（ＴＲＩＰ鋼）を例えば引張変形させると、ある程度の変形後に、くびれが生じる。くびれが生じると、そのくびれ部に作用する応力が高くなり、この応力により残留オーステナイトがマルテンサイトに変態する加工誘起変態（図１中でＡとして示す）が生じる。マルテンサイトは他のミクロ組織と比較して高強度なので、加工誘起変態によりくびれ部が他の部位より強化され、くびれ部の変形が進行しなくなる。この結果、くびれ部近傍の相対的に低強度である部位で変形が進行するようになる。このように、加工誘起変態によるくびれの発生と、変形の抑制とが繰り返される現象が、変態誘起塑性現象（ＴＲＩＰ現象）と呼ばれる。これにより、材料内で均一に変形が進行して、優れた延性が得られる。

しかし、上述したＴＲＩＰ現象には、温度依存性が存在する。このＴＲＩＰ現象（加工誘起変態）による延性の向上は、特定の温度範囲のみにて発現する。また、ＴＲＩＰ現象（加工誘起変態）によって延性が最も向上する温度（以後、加工誘起変態延性極大温度と呼ぶ）は、そのＴＲＩＰ鋼の化学組成及び金属組織に依存する。さらに、本発明者らが、鋭意検討した結果、この加工誘起変態延性極大温度は、塑性変形時のひずみ比β（塑性変形様式）に影響を受けて、その値が変化するひずみ比β依存性（塑性変形様式依存性）も有することが明らかとなった。

ここで、ひずみ比βとは、２軸応力状態における２軸方向のひずみをそれぞれ最大主ひずみε_１および最小主ひずみε_２とするとき、β＝ε_２÷ε_１で表される。 ただし、ε_１≧ε_２である。特に、β＝−０．５となる状態が一軸引張状態、β＝０となる状態が平面ひずみ引張状態、そして、β＝１．０となる状態が等二軸引張状態と呼ばれる。図２に、一軸引張、平面ひずみ引張、及び、等二軸引張を説明する模式図を示す。図２に示すように、β＝−０．５である一軸引張とは、図中に示すε_１方向に伸び、ε_２方向には縮む変形様式であり、これは絞り成形のような塑性加工に対応する。β＝０である平面ひずみ引張とは、図中に示すε_１方向に伸び、ε_２方向には変形が生じない変形様式であり、これは曲げ成形のような塑性加工に対応する。β＝１．０である等二軸引張とは、図中に示すε_１方向に伸び、ε_２方向にも伸びる変形様式であり、これは張出し成形のような塑性加工に対応する。

塑性変形能の向上のためにＴＲＩＰ現象を有効に活用するには、鋼材種毎に特有の値となる加工誘起変態延性極大温度と、この加工誘起変態延性極大温度に影響を及ぼす塑性変形時のひずみ比β（塑性変形様式）との両方を同時に考慮しなければならない。しかし、上述した従来技術では、これらの考慮を行っていない。なお、加工誘起変態延性極大温度はひずみ比βに依存する値であるので、以後、加工誘起変態延性極大温度をＴ_βと記す。例えば、ひずみ比がβ＝−０．５である場合、その加工誘起変態延性極大温度をＴ_−０．５と記す。

図３に、低炭素鋼について調査した各ひずみ比βにおける限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の温度依存性を示す。図３中で、四角印及び点線がβ＝−０．５の結果、△印及び二点鎖線がβ＝０の結果、丸印及び実線がβ＝１．０の結果を表す。また、相当ひずみε_ｅｑとは、２軸応力状態における２軸方向のひずみを、それぞれ最大主ひずみε_１および最小主ひずみε_２とするとき、下記の式Ａにより計算されるひずみのことである。この相当ひずみε_ｅｑは、多軸応力状態における応力−ひずみ成分を、それに相当する単軸応力−ひずみに換算したものである。この相当ひずみε_ｅｑは、異なる塑性変形様式、つまり、異なるひずみ比βにおける塑性変形能（延性）を比較するために用いられる。そして、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}とは、被加工材である鋼材に破断が発生する際の相当ひずみε_ｅｑのことである。
ε_ｅｑ＝｛４÷３×（ε_１ ^２＋ε_２ ^２＋ε_１ε_２）｝^１／２ ・・・（式Ａ）

図３に示すように、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}（延性）は、特定の温度範囲でその値が向上する。上記したように、この延性の向上はＴＲＩＰ現象の発現に起因するものである。このように、ＴＲＩＰ現象による延性の向上は、温度依存性を有する。例えば、β＝−０．５の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_−０．５は１５０℃となり、この温度で限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が最も高い値となる。

また図３には、ひずみ比βに依存して、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βが変化することが示される。例えば、上述のように、β＝−０．５の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_−０．５は１５０℃であるが、β＝０の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_０は２００℃となり、β＝１．０の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_１．０は２５０℃となる。このように、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βは、ひずみ比β依存性を有する。

図４に、図３中のβ＝０における限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の温度依存性を二点鎖線として示し、これが正規分布曲線に従うと仮定した場合の近似曲線を点線として示す。上記したように、ひずみ比β＝０の場合、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が最も向上する温度は、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_０の２００℃となる。しかし、図４に示すように、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度は、特定の範囲を有している。この限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲は、図４中にて点線で示す正規分布曲線に従うと仮定して近似した曲線から求めることができる。

上記のＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲を、近似曲線（近似関数）から求める方法を以下に説明する。まず、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の温度依存性が正規分布曲線に従うと仮定して、この温度依存性を下記の式Ｂと式Ｃとに示す確率密度関数に近似する。ここで、下記の式Ｂは、ひずみ比がβであり、そして、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が最も向上する温度である加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βより低温度側である、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の温度依存性の近似関数（Ｔ_βより低温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線）を表している。下記の式Ｃは、ひずみ比がβであり、そして、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が最も向上する温度である加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βより高温度側である、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の温度依存性の近似関数（Ｔ_βより高温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線）を表している。なお、式Ｂ及び式Ｃの式中で、ε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}：限界相当ひずみ、Ｔ：温度、Ｔ_β：加工誘起変態延性極大温度、σＬ_β：Ｔ_βより低温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差、σＨ_β：Ｔ_βより高温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差、ｅ：自然対数、π：円周率、Ｃ_１〜Ｃ_４：定数、を意味する。

・・・（式Ｂ）

・・・（式Ｃ）

確率密度関数の数学的な定義から考慮すると、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲は、上記のσＬ_βとσＨ_βとにより表現が可能である。つまり、この温度範囲は、例えば、（Ｔ_β−３×σＬ_β）〜（Ｔ_β＋３×σＨ_β）、（Ｔ_β−２×σＬ_β）〜（Ｔ_β＋２×σＨ_β）、または、（Ｔ_β−σＬ_β）〜（Ｔ_β＋σＨ_β）などと表現することができる。ここで、上記範囲が（Ｔ_β−３×σＬ_β）〜（Ｔ_β＋３×σＨ_β）である場合は、確率密度関数の積分値が０．９９７４となることを、上記範囲が（Ｔ_β−２×σＬ_β）〜（Ｔ_β＋２×σＨ_β）である場合は、確率密度関数の積分値が０．９５４４となることを、そして、上記範囲が（Ｔ_β−σＬ_β）〜（Ｔ_β＋σＨ_β）である場合は、確率密度関数の積分値が０．６８２６となることを、数学的に意味する。

このように、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲は、正規分布曲線に従うと仮定して近似した曲線（限界相当ひずみ近似曲線）の標準偏差であるσＬ_βとσＨ_βとを用いて表現することができる。これらのσＬ_β及びσＨ_βは、ひずみ比βに依存する値である。以後、これらのσＬ_β及びσＨ_βを、例えば、ひずみ比がβ＝０である場合、σＬ_０及びσＨ_０と記す。図４に示すひずみ比β＝０の場合では、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_０が２００℃となり、そして、近似曲線の解析結果から、σＬ_０が５５℃、σＨ_０が１９℃となる。なお、σＬ_βとσＨ_βとを求めるための近似曲線の解析は、一般のデータ分析・グラフ作成アプリケーションや、一般のグラフ作成機能を有する表計算アプリケーションで行うことができる。

図４では、例えば、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲は、（Ｔ_０−３×σＬ_０）〜（Ｔ_０＋３×σＨ_０）の場合が３５℃〜２５７℃、（Ｔ_０−２×σＬ_０）〜（Ｔ_０＋２×σＨ_０）の場合が９０℃〜２３８℃、または、（Ｔ_０−σＬ_０）〜（Ｔ_０＋σＨ_０）の場合が１４５℃〜２１９℃、などと表現することが可能である。ただ、本発明者らが、種々の鋼材及び種々のひずみ比について鋭意検討した結果、温度範囲として（Ｔ_β−２×σＬ_β）〜（Ｔ_β＋１．２５×σＨ_β）を採用すると、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲を、過不足なく好ましく表現できることが判明した。よって本実施形態に係る塑性加工方法では、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲として、（Ｔ_β−２×σＬ_β）〜（Ｔ_β＋１．２５×σＨ_β）を採用する。または必要に応じて、この温度範囲の下限を、（Ｔ_β−１．７５×σＬ_β）、（Ｔ_β−１．５×σＬ_β）、または（Ｔ_β−１．２５×σＬ_β）としてもよい。同様に、この温度範囲の上限を、（Ｔ_β＋１．２０×σＨ_β）、（Ｔ_β＋１．１５×σＨ_β）、または（Ｔ_β−１．１０×σＬ_β）としてもよい。

ひずみ比がβ＝０の場合、そして、温度範囲を（Ｔ_０−２×σＬ_０）〜（Ｔ_０＋１．２５×σＨ_０）とする場合、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲は９０℃〜２２３．７５℃となる。つまり、この低炭素鋼の場合、ひずみ比β＝０である塑性変形様式で塑性変形能を向上させるためには、９０℃〜２２３．７５℃の温度範囲で塑性加工を行えばよいことが分かる。

以上のことより、オーステナイトを含有する鋼材（ＴＲＩＰ鋼）を被加工材として用いて、そして、くびれや破断を最大限に抑制しながらこの鋼材を成形するためには、次の塑性加工方法を採用すればよいことが分かる。それは、（１）被加工材である鋼材の各ひずみ比βにおける加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βと、このＴ_βを基準として低温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差σＬ_βと、このＴ_βを基準として高温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差σＨ_βとを予め測定しておき、（２）成形時に最もくびれや破断が発生しやすい鋼材の局所領域の塑性変形様式、つまり、この局所領域のひずみ比βｘを予め特定しておき、（３）この局所領域の温度を、ひずみ比βｘに適した温度範囲である（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ）となるように制御し、そして、（４）この局所領域の温度がこの温度範囲内となる条件で塑性加工を施せばよい。ここで、βｘは、ひずみ比がβ＝ｘであることを表し、Ｔ_βｘは、ひずみ比がβ＝ｘのときの加工誘起変態延性極大温度を表し、σＬ_βｘは、Ｔ_βｘを基準として低温度側であるひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差を表し、そして、σＨ_βｘは、Ｔ_βｘを基準として高温度側であるひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差を表す。なお、Ｔ_βｘ、σＬ_βｘ、及びσＨ_βｘは、各ひずみ比β毎に予め測定しておいた、Ｔ_β、σＬ_β、及びσＨ_βに含まれる値である。よって、Ｔ_βｘ、σＬ_βｘ、及びσＨ_βｘと、Ｔ_β、σＬ_β、及びσＨ_βとの測定および解析方法は同一である。

具体的に説明すると、本実施形態の塑性加工方法は、オーステナイトを含有する鋼材を被加工材として用い：ひずみ比βに依存して変化する上記鋼材の加工誘起変態延性極大温度を単位℃でＴ_βとし、上記Ｔ_βより低温度側である上記ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βとし、上記Ｔ_βより高温度側である上記ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βとしたとき、上記Ｔ_βと、上記σＬ_βと、上記σＨ_βとを、上記ひずみ比β毎に測定する物性解析工程と；上記鋼材を塑性変形させる際の予測破断箇所を特定し、上記予測破断箇所のひずみ比をβｘとしたとき、上記ひずみ比βｘを解析し、そして、上記ひずみ比βの中から上記ひずみ比βｘを選択する変形様式解析工程と；上記ひずみ比βｘに対する加工誘起変態延性極大温度を単位℃でＴ_βｘとし、上記Ｔ_βｘより低温度側である上記ひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βｘとし、上記Ｔ_βｘより高温度側である上記ひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βｘとし、上記予測破断箇所の局所温度を単位℃でＴ_{ｌｏｃａｌ}としたとき、上記Ｔ_βの中から上記Ｔ_βｘを、上記σＬ_βの中から上記σＬ_βｘを、上記σＨ_βの中から上記σＨ_βｘをそれぞれ選択し、そして、上記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が下記の式Ｄに示す第一温度範囲内となるように加熱する加熱工程と；上記加熱工程後の上記鋼材を塑性変形させる加工工程と；を備える。
Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ≦Ｔ_{ｌｏｃａｌ}≦Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ ・・・（式Ｄ）

上記の物性解析工程では、被加工材として用いる鋼材について、各ひずみ比βにおける加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βを単位℃で測定する。加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βの測定方法は、特に限定されるものではないが、試験片の縦横寸法を変化させて、試験片端部を固定する球頭張り出し試験を、各温度において実施すればよい。そして、最も限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}（延性）が向上する温度を、そのひずみ比βにおける加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βとする。そして、各ひずみ比毎に、このＴ_βより低温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差と、このＴ_βより高温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差とを、上記した近似曲線解析により求める。

上記の変形様式解析工程では、鋼材を塑性変形させる際に、鋼材の最もくびれや破断が発生しやすい局所領域（予測破断箇所）を特定し、この局所領域の塑性変形様式としてひずみ比βｘを特定する。そして、上記物性解析工程で測定したひずみ比βの中から、このひずみ比βｘを選択する。予測破断箇所及びその箇所のひずみ比βｘの測定方法は、特に限定されるものではないが、スクライブドサークルテストを実施すればよい。スクライブドサークルテストとは、加工前の被加工材の表面に、円形パターンや格子パターンを描いておいて、塑性変形によってくびれや破断が発生しやすい局所領域（予測破断箇所）を特定し、そして、この局所領域の上記パターン形状を測定することで、この局所領域の塑性変形様式（ひずみ比βｘ）を特定する方法である。スクライブドサークルテストの結果から、局所領域の塑性変形様式を、一軸引張（β＝−０．５）、絞り領域（−０．５＜β＜０）、平面ひずみ引張（β＝０）、張出領域（０＜β＜１．０）及び等二軸引張（β＝１．０）などに分類できる。

上述のように、実測によって、予測破断箇所及びその箇所のひずみ比βｘを解析することも可能であるが、上記変形様式解析工程の別の解析方法として、有限要素法を用いた塑性変形シミュレーションを用いてもよい。この際、数多く市販されているコンピュータ用の塑性変形シミュレーションプログラムを使用すればよい。塑性変形シミュレーションを用いれば、実測が困難である、被加工材の内部が予測破断箇所となる場合でも、予測破断箇所の特定とその箇所のひずみ比βｘの解析とが可能となる。そして、上記シミュレーション結果の妥当性を、実験にて確認するだけでよいので、最小実験数にて予測破断箇所及びその箇所のひずみ比βｘを解析することが可能となる。

上記の加熱工程では、鋼材の予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が、その箇所のひずみ比βｘに応じた温度範囲である（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ）となるように温度制御する。上記したように、温度範囲として、（Ｔ_βｘ−３×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋３×σＨ_βｘ）または（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋２×σＨ_βｘ）などを用いてもよいが、本実施形態の塑性加工方法では、（Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ）を、塑性変形能を向上させることが可能となる第一温度範囲として採用する。好ましく延性向上効果を得たい場合には、必要に応じて、上記第一温度範囲を、例えば、（Ｔ_βｘ−σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋σＨ_βｘ）または（Ｔ_βｘ−０．５×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ＋０．５×σＨ_βｘ）などとすればよい。

さらに好ましく延性向上効果を得たい場合には、上記の変形様式解析工程で、塑性加工中に熱交換や加工発熱などによって変化する予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}の温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を単位℃で解析しておき、そして、上記の加熱工程で、この局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が、上記式Ｄに示した第一温度範囲に代わり、この温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を勘案した下記の式Ｅに示す第二温度範囲内となるように温度制御すればよい。
Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}−２×σＬ_βｘ≦Ｔ_{ｌｏｃａｌ}≦Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}＋１．２５×σＨ_βｘ・・・（式Ｅ）

このように、塑性加工中に熱交換や加工発熱などによって変化する鋼材の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}の温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を考慮することによって、次の効果が得られる。例えば、ひずみ速度が遅い塑性加工であり、塑性加工開始時と鋼材にくびれや破断が発生する塑性加工終了時とを比較して鋼材の温度変化が大きい場合であっても、塑性変形能が最も必要とされる塑性加工終了時に、予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}を延性向上の効果が得られる温度範囲内へ制御することができる。または、例えば、ひずみ速度が速い塑性加工であり、加工発熱の影響が無視できない場合であっても、上記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}を延性向上の効果が得られる温度範囲内へ制御することができる。最も好ましく延性向上効果を得たい場合には、必要に応じて、上記第二温度範囲を、（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}−σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}＋σＨ_βｘ）または（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}−０．５×σＬ_βｘ）〜（Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}＋０．５×σＨ_βｘ）などとすればよい。

上記した変形様式解析工程での温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}の解析は、予測破断箇所に熱電対などを取り付けて塑性変形中の予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}を実際に測定すればよい。または、上述した有限要素法を用いた塑性変形シミュレーションを用いて、上述した予測破断箇所及びその箇所のひずみ比βｘの解析に加えて、この温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を解析してもよい。

上記の加熱工程では、予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が、延性向上の効果が得られる上記の第一温度範囲内または第二温度範囲内となるように、鋼材、金型、または、鋼材の周囲空間のうちの少なくとも一つを加熱することが好ましい。例えば、変形様式解析工程で、予測破断箇所が複数箇所あることが判明し、そして、この複数の予測破断箇所間でひずみ比βが異なることが判明した場合、上記加熱工程で、鋼材、金型、または、鋼材の周囲空間のうちの少なくとも一つを加熱することで、複数ある予測破断箇所のそれぞれの温度が、そのひずみ比βに適した第一温度範囲内または第二温度範囲内となるよう温度制御することが好ましい。その結果、複数ある予測破断箇所のそれぞれの箇所で、その箇所に応じた延性向上効果が得られる。また、上記加熱工程では、必要に応じて、鋼材、金型、または、鋼材の周囲空間のうちの少なくとも一つを冷却してもよい。

上記の加工工程では、加熱工程で予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が延性向上効果を得られる上記の第一温度範囲内または第二温度範囲内となるように温度制御された鋼材を、目的形状に塑性加工すればよく、塑性加工方法について特に限定されない。塑性加工方法として、自由鍛造、型鍛造、金型を用いたプレス加工等を行えばよい。

また、上記の加熱工程で、予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が上記の第一温度範囲内または第二温度範囲内となるように、シリコンオイルなどの油類や空気や不活性ガス、水蒸気ミストや油ミストなどの熱媒体を加熱し、そして、上記の加工工程で、被加工材である鋼材を、この熱媒体の圧力により塑性変形させてもよい。この結果、被加工材の塑性変形部を均一に加熱し、塑性変形がより均一に近い状態で進むために、破断に到達することを遅らせて成形性が向上するという効果を得ることが可能である。

以上説明した本実施形態の塑性加工方法について以下にまとめる。
（１）本実施形態は、オーステナイトを含有する鋼材を被加工材とする塑性加工方法であって：ひずみ比βに依存して変化する上記鋼材の加工誘起変態延性極大温度を単位℃でＴ_βとし、上記Ｔ_βより低温度側である上記ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βとし、上記Ｔ_βより高温度側である上記ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βとしたとき、上記Ｔ_βと、上記σＬ_βと、上記σＨ_βとを、上記ひずみ比β毎に測定する物性解析工程と；上記鋼材を塑性変形させる際の予測破断箇所を特定し、上記予測破断箇所のひずみ比をβｘとしたとき、上記ひずみ比βｘを解析し、そして、上記ひずみ比βの中から上記ひずみ比βｘを選択する変形様式解析工程と；上記ひずみ比βｘに対する加工誘起変態延性極大温度を単位℃でＴ_βｘとし、上記Ｔ_βｘより低温度側である上記ひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βｘとし、上記Ｔ_βｘより高温度側である上記ひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βｘとし、上記予測破断箇所の局所温度を単位℃でＴ_{ｌｏｃａｌ}としたとき、上記Ｔ_βの中から上記Ｔ_βｘを、上記σＬ_βの中から上記σＬ_βｘを、上記σＨ_βの中から上記σＨ_βｘをそれぞれ選択し、そして、上記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が上記の式Ｄに示す第一温度範囲内となるように加熱する加熱工程と；上記加熱工程後の上記鋼材を塑性変形させる加工工程と；を備える。
（２）そして、上記加工工程での塑性変形中に変化する上記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}の温度変位を単位℃でΔＴ_{ｌｏｃａｌ}としたとき、上記変形様式解析工程で、さらに、上記温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を解析し；上記加熱工程で、上記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が上記の式Ｅに示す第二温度範囲内となるように加熱してもよい。

（３）そして、上記加熱工程で、上記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が上記第一温度範囲内または上記第二温度範囲内となるように、上記鋼材、金型、または、上記鋼材の周囲空間のうちの少なくとも一つを加熱してもよい。
（４）そして、上記加熱工程で、上記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が上記第一温度範囲内または上記第二温度範囲内となるように、熱媒体を加熱し；上記加工工程で、上記熱媒体の圧力により、上記鋼材を塑性変形させてもよい。
（５）そして、上記変形様式解析工程で、上記予測破断箇所と、上記ひずみ比βｘとを、塑性加工シミュレーションを用いて解析してもよい。加えて、上記温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を、塑性加工シミュレーションを用いて解析してもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る塑性加工装置について説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る塑性加工装置について説明する。図５は、本発明の第１実施形態に係る塑性加工装置の概略的な構成を示す一部切欠正面図である。

本実施形態の塑性加工装置１の加工部の構成を以下に説明する。本体フレーム１１は、一組の金型２１等の塑性加工装置１を構成する各部品を取り付けるためのものであり、その内側下部にはボルスタ１２が配設され、その内側上部にはスライド１３が配設されている。スライド１３は、本体フレーム１１の上部に配設されたモータ、シリンダ等のスライド駆動装置１４により上下方向に駆動されるよう構成されている。スライド１３は、その下面に上金型２１が取り付けられ、ボルスタ１２は、その上面に下金型２１が取り付けられている。これにより、塑性加工装置１は、本体フレーム１１に対して一組の金型２１が互いに対向して配置された状態で取り付けられ、スライド１３が上下動することにより一組の金型２１間で被加工材３の塑性加工が行なえるように構成されている。このように一組の金型２１により被加工材３の塑性加工を行なうことが可能であれば、塑性加工装置１の本体フレーム１１等の構成については特に限定するものではない。

一組の金型２１は、これらの間に配置された被加工材３に対して、曲げ加工、絞り加工、フランジ成形加工、バーリング加工、張り出し加工等の塑性加工を行なうもので、塑性加工の種類や成形品の形状に応じて、その形状が調整され、その構成として公知のものが用いられる。一組の金型２１は、例えば、下金型２１上に載置された被加工材３を、上金型２１に設けられた凸部２１ｂにより下金型２１に設けられた凹部２１ａ内に入り込ませるよう上金型２１を駆動させることにより、被加工材３を曲げ加工するものとして構成されている。一組の金型２１には、例えば、絞り加工を行なうためのブランクホルダーが設けられていてもよい。一組の金型２１は、上金型２１と下金型２１との両方に凹部２１ａが設けられ、被加工材３を型鍛造する構成であってもよい。

本実施形態の塑性加工装置１は、加熱部として、被加工材３と一組の金型２１とを含む空間１６内の雰囲気を加熱するヒータ３１と、一組の金型２１を加熱するヒータ３２と、を有する。また、上記加熱部は、塑性加工装置１の外部に配置され、被加工材３を加熱する加熱炉３３を有する。塑性加工装置１は、ヒータ３１、ヒータ３２、及び、加熱炉３３のうちの少なくとも１つを備える構成でもよい。ヒータ３１を有する構成では、ヒータ３１が空間１６内の雰囲気を加熱するため、意図的に、被加工材３と空間１６との温度差が比較的小さくなるように、または、この温度差が大きくなるように加熱することができる。ヒータ３２を有する構成では、ヒータ３２が一組の金型２１を加熱するため、意図的に、被加工材３と金型２１との温度差が比較的小さくなるように、または、この温度差が大きくなるように加熱することができる。加熱炉３３を有する構成では、塑性加工装置１の空間１６内に設置する前の被加工材３の温度を目的温度に制御することができる。このように、ヒータ３１、ヒータ３２、または、加熱炉３３のうちの少なくとも１つを用いることにより、被加工材３に複数の予測破断箇所が存在する場合であっても、複数ある予測破断箇所のそれぞれを、その箇所に応じた温度へ制御することができる。また、上記加熱部では、必要に応じて、被加工材３、金型２１、または、空間１６のうちの少なくとも一つを冷却してもよい。

また、塑性加工装置１は、上記空間１６を覆うように配置されたカバー４１（保温カバー、断熱部材）を有する。カバー４１に覆われた空間１６は、被加工材３を収容する収容部として機能する。

ヒータ３１は被加工材３と一組の金型２１とを含む空間１６内の雰囲気を、そして、ヒータ３２は上記金型２１を加熱して、被加工材３の予測破断箇所を上記した第一温度範囲または第二温度範囲に加熱できればよい。よって、それらの位置、構成について特に限定するものではなく、電気ヒータの他に、例えば、誘導加熱コイル、バーナー等から構成されていてもよい。ヒータ３１は、例えば、上記本体フレーム１１に対して取り付けられ、ヒータ３２は、上記金型２１内部に取り付けられる。また必要に応じて、ヒータ３１、ヒータ３２、及び、加熱炉３３は、室温以下の温度に冷却する冷却機能を有していてもよい。この場合、被加工材３の加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βが室温以下であっても、被加工材３の予測破断箇所の温度を上記した第一温度範囲または第二温度範囲に制御できるので好ましい。

カバー４１は、被加工材３と一組の金型２１とを含む空間１６を包囲して、その空間１６内の雰囲気の外部への放熱や、空間１６内への外気の侵入を防止するために配置されるものである。カバー４１は、断熱性に優れた材質である断熱部材から構成されており、例えば、水冷機能を有する金属製外枠の内側に、耐熱材としてガラスウールやアルミフィルムラミネート等が取り付けられる。さらに、カバー４１は、被加工材を出し入れするための不図示の開口部と扉を有している。カバー４１は、本実施形態では、箱状に形成されており、本体フレーム１１の側部や上部を覆うように本体フレーム１１に対して取り付けられているが、少なくとも一組の金型２１を含む空間１６を包囲できるものであれば、その形状、位置や取り付け方法について特に限定するものではない。なお、本実施形態では、本体フレーム１１の上部から突出されたスライド駆動装置１４を挿通させるための挿通孔４１ａと、後述する不活性ガスを導入する不活性ガス導入部を挿通させるための挿通孔４１ｂがカバー４１に形成されている。

本実施形態の塑性加工装置１は、不活性ガス導入部５１を更に備えていることが好ましい。不活性ガス導入部５１は、例えば、上記空間１６内の雰囲気を、例えば、ＡｒやＮ_２等の不活性ガスに置換するための、不図示のガスボンベと金属製パイプを有する。不活性ガス導入部５１により、被加工材３の表面酸化を最小限に抑えることができる。不活性ガス導入部５１の、形状、位置や取り付け方法について特に限定するものではない。なお、本実施形態では、カバー４１に形成される挿通孔４１ｂに取り付けた金属製パイプにより、ＡｒやＮ_２等の不活性ガスを吹き込むように構成される。より好ましく被加工材３の表面酸化を抑制したい場合には、この不活性ガス導入部５１が、不図示の真空脱気ポンプをさらに有してもよい。

また、本実施形態の塑性加工装置１は、測温部を更に備えていることが好ましい。測温部は、上記被加工材３、上記金型２１、および上記空間１６のそれぞれを独立に測温できるように、上記被加工材３、上記金型２１、および上記空間１６のそれぞれに取り付ける不図示の温度計と表示デバイスを有する。測温部の、形状、位置や取り付け方法について特に限定するものではない。温度計としては、接触式熱電対温度計又は赤外線放射温度計などを使用すればよい。なお、本実施形態では、測温部として熱電対を使用する。

以上説明の本実施形態の塑性加工装置について以下にまとめる。
（６）本発明の第１実施形態の塑性加工装置は、：被加工材３（鋼材）と一組の金型２１とを収容する収容部と；被加工材３（鋼材）の予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が第一温度範囲内または第二温度範囲内となるように、被加工材３（鋼材）、一組の金型２１、または、空間１６（鋼材の周囲空間）のうちの少なくとも一つを加熱する加熱部と；この加熱部により加熱された被加工材３（鋼材）を、一組の金型２１により塑性変形させる加工部と；を備える。

（７）そして、上記収容部を覆うように配置されるカバー４１（断熱部材）を更に備える。
（８）そして、被加工材３（鋼材）、一組の金型２１、及び空間１６（収容部内の空間）の温度を計測する測温部を更に備える。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る塑性加工装置について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る塑性加工装置の概略的な構成を示す一部切欠正面図である。

本実施形態では、金型２１の構造が上記第１実施形態と特に異なっているので、その相違点を中心に説明し、その他構造については上記第１実施形態と同様であるとして重複する説明を省略する。

本実施形態の塑性加工装置１は、一組の金型２１と熱媒体とにより、これらの間に配置された被加工材３に対して、塑性加工を行なう。例えば、熱媒体導入部７１によって圧力と温度とが制御された熱媒体が、配管７１ａを通って、下金型２１に設けられた熱媒体導入孔２１ｃから導入される。そして、スライド駆動装置１４により上金型２１と下金型２１との間に固定された被加工材３が、熱媒体の圧力によって、上金型２１に設けられた凹部２１ａ内に押し込まれる。その結果、被加工材３に目的形状が付与される。

上記熱媒体として、シリコンオイルなどの油類や、空気、不活性ガス、水蒸気ミスト、油ミストなどの気体などを用いることができる。また、熱媒体導入部７１は、特に限定されるものでなく、上記熱媒体の圧力と温度とを制御することが出来ればよい。

本実施形態の塑性加工装置１は、加熱部として、被加工材３と一組の金型２１とを含む空間１６内の雰囲気を加熱するヒータ３１と、一組の金型２１を加熱するヒータ３２と、熱媒体を加熱するヒータ３４と、を有する。また、上記加熱部は、塑性加工装置１の外部に配置され、被加工材３を加熱する加熱炉３３を有する。ヒータ３１、ヒータ３２、ヒータ３４、または、加熱炉３３のうちの少なくとも１つを用いることにより、被加工材３の予測破断箇所を、その箇所に応じた温度へ制御することができる。たとえ被加工材３に複数の予測破断箇所が存在しても、上記４つの加熱源を制御することにより、複数ある予測破断箇所のそれぞれを、その箇所に応じた温度へより好ましく制御することができる。また必要に応じて、ヒータ３１、ヒータ３２、ヒータ３４、及び、加熱炉３３は、室温以下の温度に冷却する冷却機能を有していてもよい。この場合、被加工材３の加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βが室温以下であっても、被加工材３の予測破断箇所の温度を上記した第一温度範囲または第二温度範囲に制御できるので好ましい。

また、本実施形態の塑性加工装置１は、空間１６を覆うように配置されたカバー４１（保温カバー、断熱部材）を有する。カバー４１に覆われた空間１６は、被加工材３を収容する収容部として機能する。

また、本実施形態の塑性加工装置１は、測温部を更に備えていることが好ましい。測温部は、上記被加工材３、上記金型２１、上記空間１６、および熱媒体のそれぞれを独立に測温できるように、上記被加工材３、上記金型２１、上記空間１６、および熱媒体導入部７１のそれぞれに取り付ける不図示の温度計と表示デバイスを有する。測温部の、形状、位置や取り付け方法について特に限定するものではない。温度計としては、接触式熱電対温度計又は赤外線放射温度計などを使用すればよい。

以上説明の本実施形態の塑性加工装置について以下にまとめる。
（９）本発明の第２実施形態の塑性加工装置は、：被加工材３（鋼材）と一組の金型２１とを収容する収容部と；金型２１内に熱媒体を導入する熱媒体導入部と；被加工材３（鋼材）の予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が第一温度範囲内または第二温度範囲内となるように、被加工材３（鋼材）、一組の金型２１、空間１６（鋼材の周囲空間）、または、熱媒体のうちの少なくとも一つを加熱部と；この加熱部により加熱された被加工材３（鋼材）を、熱媒体の圧力により塑性変形させる加工部と；を備える。
（１０）そして、上記収容部を覆うように配置されるカバー４１（断熱部材）を更に備える。
（１１）そして、被加工材３（鋼材）、一組の金型２１、空間１６（収容部内の空間）、及び熱媒体の温度を計測する測温部を更に備える。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

物性解析工程として、オーステナイトを含有する鋼材（実施例）と、オーステナイトを含有しない鋼材（比較例）とを用いて、各ひずみ比β、及び、各温度における限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}を測定した。各ひずみ比β、及び、各温度における限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の測定方法は、試験片の縦横寸法を変化させて、試験片端部を固定する球頭張り出し試験を、各温度にて実施した。くびれや破断が生じた際のひずみから、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}を算出した。

表１に、各ひずみ比β、及び、各温度における限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}の測定結果を示す。例えば、実施例１では、β＝−０．５の場合、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が極大を示す加工誘起変態延性極大温度Ｔ_−０．５は７５℃となり、β＝１．０の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_１．０は１５０℃となる。実施例３では、β＝−０．５の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_−０．５は１５０℃となり、β＝１．０の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_１．０は２５０℃となる。このようにオーステナイトを含有する鋼材（実施例）では、鋼材種、加工温度、及び、ひずみ比βに依存して、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が変化する。一方、比較例６では、表１に示すように、限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が最も向上する温度が、ひずみ比βに依存しない。すなわち、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βにひずみ比β依存性が存在しない。これは、オーステナイトを含有しない鋼材（比較例）であるため、ＴＲＩＰ現象が発現しないからである。

表２に、表１に示した結果を用いて近似曲線（近似関数）解析を行って求めた、各ひずみ比における加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βより低温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βと、Ｔ_βより高温度側であるひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βとを示す。このように、σＬ_βと、σＨ_βとをひずみ比毎に解析することにより、各ひずみ比において塑性変形能を向上させることができる温度範囲を決定することができる。例えば、実施例３では、β＝０の場合、２×σＬ_０＝１１０℃、１．２５×σＨ_０＝２４℃であるので、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_βを基準として、ＴＲＩＰ現象により限界相当ひずみε_{ｅｑ−ｃｒｉｔｉｃａｌ}が向上する温度範囲が、９０℃〜２２４℃であると決定することができる。

次に、変形様式解析工程として、角筒絞り成形加工に関して、被加工材の予測破断箇所と、この予測破断箇所のひずみ比βとを解析した。図７に、角筒絞り成形加工を説明する模式図を示す。図７に示すように、８０ｍｍ角のダイ６１と、７５ｍｍ角の角筒パンチ６２と、ホルダー６３とを用いて、ブランク６４（被加工材）に角筒絞り成形加工を施す。この角筒絞り成形加工に関する解析を、スクライブドサークルテストによって行った。このスクライブドサークルテストの解析結果から、角筒絞り成形加工では、図７に示すブランク６４（被加工材）のＢ部が予測破断箇所となること、そして、このＢ部の塑性変形様式は、ひずみ比βがβ＝−０．５である一軸引張状態であることが特定できた。

次に、加熱工程として、表１に示す実施例３の鋼材を被加工材として用い、上記予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が２５℃から２５０℃となるように、鋼材、金型、または、周囲空間のうちの少なくとも一つを加熱して温度制御した。続いて、加工工程として、上記加熱工程で温度制御した実施例３の鋼材に、角筒絞り成形加工を施した。

表３に、実施例３の鋼材を被加工材とし、予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が２５℃から２５０℃となるように加熱して行った角筒絞り成形加工の結果を示す。表３中に示す絞り成形高さが、被加工材にくびれや破断が発生することなく成形できる高さを表し、この値が大きいほど成形性が高いことを表す。

実施例３の鋼材は、表１に示したように、ひずみ比β＝−０．５の場合、加工誘起変態延性極大温度Ｔ_−０．５が１５０℃となる。また、実施例３の鋼材は、表２に示したように、β_−０．５の場合、２×σＬ_−０．５が１１０℃、１．２５×σＨ_−０．５が６９℃となる。つまり、上記角筒絞り成形加工では、予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が４０℃〜２１９℃（第一の温度範囲）となるとき、絞り成形高さが高くなること、そして、Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が１５０℃となるとき、絞り成形高さが最も高くなることが予想される。実際、表３に示すように、予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が第一の温度範囲内である５０℃〜２００℃となるときに、絞り成形高さが充分に高い値となることが確認できる。そして、予測破断箇所の局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が１５０℃となるとき、絞り成形高さが最も高くなっている。この温度範囲外である２５℃及び２５０℃で角筒絞り成形加工を行うより、同じ被加工材を用いているにもかかわらず、上記温度範囲内で角筒絞り成形加工を行うと、成形性が約２倍向上する。このように、本発明の上記態様に係る塑性加工方法により、くびれや破断の発生を抑制して、成形性を向上させることが可能となる。

本発明の上記態様によれば、くびれや破断の発生を抑制して成形性を向上させる塑性加工方法および塑性加工装置の提供が可能となるので、産業上の利用可能性が高い。

１ 塑性加工装置
３ 被加工材（鋼材）
１１ 本体フレーム
１２ ボルスタ
１３ スライド
１４ スライド駆動装置
１６ 空間（鋼材の周囲空間、収容部内の空間）
２１ 金型
３１ 空間１６のヒータ（加熱部）
３２ 金型２１のヒータ（加熱部）
３３ 被加工材３の加熱炉（加熱部）
４１ 保温カバー（断熱部材）
５１ 不活性ガス導入部
７１ 熱媒体導入部（加熱部）

Claims (11)

1. オーステナイトを含有する鋼材の塑性加工方法であって：
   ひずみ比βに依存して変化する前記鋼材の加工誘起変態延性極大温度を単位℃でＴ_βとし、前記Ｔ_βより低温度側である前記ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βとし、前記Ｔ_βより高温度側である前記ひずみ比βに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βとしたとき、前記Ｔ_βと、前記σＬ_βと、前記σＨ_βとを、前記ひずみ比β毎に測定する物性解析工程と；
   前記鋼材を塑性変形させる際の予測破断箇所を特定し、前記予測破断箇所のひずみ比をβｘとしたとき、前記ひずみ比βｘを解析し、そして、前記ひずみ比βの中から前記ひずみ比βｘを選択する変形様式解析工程と；
   前記ひずみ比βｘに対する加工誘起変態延性極大温度を単位℃でＴ_βｘとし、前記Ｔ_βｘより低温度側である前記ひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＬ_βｘとし、前記Ｔ_βｘより高温度側である前記ひずみ比βｘに依存する限界相当ひずみ近似曲線の標準偏差をσＨ_βｘとし、前記予測破断箇所の局所温度を単位℃でＴ_{ｌｏｃａｌ}としたとき、前記Ｔ_βの中から前記Ｔ_βｘを、前記σＬ_βの中から前記σＬ_βｘを、前記σＨ_βの中から前記σＨ_βｘをそれぞれ選択し、そして、前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が下記の式１に示す第一温度範囲内となるように加熱する加熱工程と；
   前記加熱工程後の前記鋼材を塑性変形させる加工工程と；
   を備えることを特徴とする塑性加工方法。
   Ｔ_βｘ−２×σＬ_βｘ≦Ｔ_{ｌｏｃａｌ}≦Ｔ_βｘ＋１．２５×σＨ_βｘ・・・（式１）
2. 前記加工工程での塑性変形中に変化する前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}の温度変位を単位℃でΔＴ_{ｌｏｃａｌ}としたとき、前記変形様式解析工程で、さらに、前記温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}を解析し；
   前記加熱工程で、前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が下記の式２に示す第二温度範囲内となるように加熱する；
   ことを特徴とする請求項１に記載の塑性加工方法。
   Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}−２×σＬ_βｘ≦Ｔ_{ｌｏｃａｌ}≦Ｔ_βｘ−ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}＋１．２５×σＨ_βｘ・・・（式２）
3. 前記加熱工程で、前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が前記第一温度範囲内となるように、前記鋼材、金型、または、前記鋼材の周囲空間のうちの少なくとも一つを加熱することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の塑性加工方法。
4. 前記加熱工程で、前記局所温度Ｔ_{ｌｏｃａｌ}が前記第一温度範囲内となるように、熱媒体を加熱し；
   前記加工工程で、前記熱媒体の圧力により、前記鋼材を塑性変形させる；
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の塑性加工方法。
5. 前記変形様式解析工程で、前記予測破断箇所と、前記ひずみ比βｘと、前記温度変位ΔＴ_{ｌｏｃａｌ}とを、塑性加工シミュレーションを用いて解析することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の塑性加工方法。
6. 請求項１〜請求項３、請求項５のいずれか一項に記載の塑性加工方法を行う塑性加工装置であって：
   前記鋼材と金型とを収容する収容部と；
   前記鋼材、前記金型、または、前記鋼材の周囲空間のうちの少なくとも一つを加熱する加熱部と；
   前記加熱部により加熱された前記鋼材を、前記金型により塑性変形させる加工部と；
   を備えることを特徴とする塑性加工装置。
7. 前記収容部を覆うように配置される断熱部材を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の塑性加工装置。
8. 前記鋼材、前記金型、及び前記収容部内の空間の温度を計測する測温部を更に備えることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の塑性加工装置。
9. 請求項１、請求項２、請求項４、請求項５のいずれか一項に記載の塑性加工方法を行う塑性加工装置であって：
   前記鋼材と金型とを収容する収容部と；
   前記金型内に熱媒体を導入する熱媒体導入部と；
   前記鋼材、前記金型、前記鋼材の周囲空間、または、前記熱媒体のうちの少なくとも一つを加熱する加熱部と；
   前記加熱部により加熱された前記鋼材を、前記熱媒体の圧力により塑性変形させる加工部と；
   を備えることを特徴とする塑性加工装置。
10. 前記収容部を覆うように配置される断熱部材を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の塑性加工装置。
11. 前記鋼材、前記金型、前記収容部内の空間、及び前記熱媒体の温度を計測する測温部を更に備えることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の塑性加工装置。

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