JP6437806B2 - Hardened steel manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、焼入れ鋼材の製造方法に関し、具体的には、熱間三次元加工された焼入れ部材を例えば自動車用部品に適用する際には焼入れ鋼材が耐食性を満足するために塗装性を確保する必要があるが、少ない不活性ガス量であっても、塗装性に有害な厚膜スケールの生成を抑制して焼入れ鋼材の表面状態および塗装性を改善できる焼入れ鋼材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a hardened steel material, specifically, when applying the hot three-dimensional worked hardened member, for example, in automobile parts ensure paintability to quenching the steel material to satisfy the corrosion resistance it is necessary to, but less be an inert gas amount relates to the method of manufacturing a hardened steel capable of improving the surface condition and coating of hardened steel to suppress the generation of harmful thick scales paintability.
特許文献1には、図4に概要を示す熱間三次元加工装置1(以下、「3DQ装置」ともいう)が開示されている。図4に示すように、閉じた横断面を有する中空の鋼材である被加工材2(以降の説明では鋼管を例にとる)を、所定の位置に固定配置された位置決め装置(支持ロール)3により位置決めしながら、送り装置4により鋼管2の軸方向(図4中の矢印が示す方向)へ、鋼管2の軸回りに非回転で送りながら、加工を行う。 Patent Document 1 discloses a hot three-dimensional processing apparatus 1 (hereinafter, also referred to as “3DQ apparatus”) whose outline is shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, a positioning device (support roll) 3 in which a workpiece 2 (a steel pipe is taken as an example in the following description), which is a hollow steel material having a closed cross section, is fixedly arranged at a predetermined position. While performing positioning, the processing is performed while the feed device 4 feeds the steel pipe 2 in the axial direction (the direction indicated by the arrow in FIG. 4) around the axis of the steel pipe 2 without rotation.
位置決め装置3より鋼管2の送り方向の下流側(本明細書では、単に「下流側」とも称し、反対の位置関係を単に「上流側」とも称する。)には、鋼管2を周囲から加熱する環状の高周波誘導加熱コイル5(以下、単に「コイル」ともいう。)が配置される。コイル5を懸垂支持するブスバー(フィーダ)6からコイル5へ高周波電力を供給して、送られる鋼管2をAc3点以上の焼入れ可能温度域に加熱する。コイル5の下流側に配置された環状の水冷装置7から、加熱された鋼管2の外周に冷却水を噴射して、鋼管2を焼入れる。図4における符号6−1は、ブスバー6を介してコイル5へ供給する高周波電流を発生する変成器である。
On the downstream side in the feed direction of the steel pipe 2 from the positioning device 3 (in this specification, it is also simply referred to as “downstream side”, and the opposite positional relationship is also simply referred to as “upstream side”), the steel pipe 2 is heated from the surroundings. An annular high frequency induction heating coil 5 (hereinafter also simply referred to as “coil”) is disposed. High-frequency power is supplied to the coil 5 from a bus bar (feeder) 6 that suspends and supports the coil 5, and the steel pipe 2 to be fed is heated to a quenchable temperature range of Ac 3 points or more. Cooling water is sprayed on the outer periphery of the heated steel pipe 2 from the annular water cooling device 7 disposed on the downstream side of the coil 5 to quench the steel pipe 2. Reference numeral 6-1 in FIG. 4 is a transformer that generates a high-frequency current to be supplied to the coil 5 via the
コイル5で加熱されてから水冷装置7で冷却されるまでの領域に形成される鋼管2の高温部(加熱される部分)2aを、水冷装置7よりも下流側に三次元に変位自在に配置された加工チャック8と位置決め装置(支持ロール)3とにより連続的または断続的に曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼管2に熱間加工を行って焼入れられた曲げ部材(本明細書では「焼入れ鋼材」ともいう)9を製造する。焼入れ鋼材9は、例えば、自動車部品、例えばピラー類,足回り部品,シート部品,ドアインパクトビームなどといった自動車車体の構造部材の素材として用いられる。 A high-temperature portion (heated portion) 2a of the steel pipe 2 formed in the region from being heated by the coil 5 until being cooled by the water cooling device 7 is arranged in a three-dimensionally displaceable manner downstream from the water cooling device 7. The bending member (in this specification, “hardened” by hot working the steel pipe 2 by bending or shearing the steel pipe 2 continuously or intermittently with the processed chuck 8 and the positioning device (support roll) 3. 9) is also produced. The hardened steel material 9 is used as a material for a structural member of an automobile body such as an automobile part, for example, a pillar, an underbody part, a seat part, a door impact beam, or the like.
3DQ装置1により製造される焼入れ鋼材9は、Ac3点以上に加熱された状態で加工されるために、その表面に酸化スケールが生成する。これまで、焼入れ鋼材9は、例えば自動車用部材の素材として用いられてきたものの、さほど高い耐食性を要求されなかったため、コイル5の周辺は大気のままの雰囲気で加工が行われていた。 Since the hardened steel material 9 manufactured by the 3DQ apparatus 1 is processed in a state of being heated to Ac 3 points or more, an oxide scale is generated on the surface thereof. Up to now, the hardened steel material 9 has been used as a material for automobile members, for example, but has not been required to have a very high corrosion resistance. Therefore, the periphery of the coil 5 has been processed in an atmospheric atmosphere.
しかし、焼入れ鋼材9の表面に生成した酸化スケールは、厚膜であると剥離し易く、焼入れ鋼材9に対するその後の化成処理性や電着塗装性が損なわれるため、厚膜スケールを生成させないためにはコイル5の周辺の雰囲気制御を行うことが有効である。 However, the oxide scale generated on the surface of the hardened steel material 9 is easy to peel off if it is a thick film, and subsequent chemical conversion treatment and electrodeposition coating properties for the hardened steel material 9 are impaired, so that a thick film scale is not generated. It is effective to control the atmosphere around the coil 5.
特許文献2には、3DQで加工を行う際にコイルの上流から下流へ向けて不活性ガスを供給することにより酸化スケールが生成することを抑制する発明が、特許文献3には、不活性ガスで充満させたチャンバ内で焼入れを行うことにより酸化スケールの生成を防止する発明が、さらに、特許文献4には、コイルの前後を、加熱開始前から冷却完了までの範囲でチャンバにより覆い内部を不活性ガスで充満させて焼入れを行う発明が、それぞれ開示されている。 Patent Document 2 discloses an invention that suppresses generation of oxide scale by supplying an inert gas from upstream to downstream of a coil when processing with 3DQ. Patent Document 3 discloses an inert gas. The invention in which generation of oxide scale is prevented by quenching in a chamber filled with 1 is further disclosed in Patent Document 4, in which the front and back of the coil are covered with the chamber in the range from the start of heating to the completion of cooling. Inventions in which quenching is performed by filling with an inert gas are disclosed.
本発明者らが鋭意検討した結果、特許文献2〜4に開示された発明では、例えば、四角形の横断面を有する鋼管のように、断面周方向へ少なくとも一つの頂点とこの頂点の両側にそれぞれ連続する2つの辺とを有する閉じた横断面を有する中空かつ長尺の鋼材に焼入れを行うためには、大量の不活性ガスを供給する必要があることが判明した。 As a result of intensive studies by the present inventors, in the inventions disclosed in Patent Documents 2 to 4, for example, at least one apex in the circumferential direction of the cross section and both sides of the apex, such as a steel pipe having a rectangular cross section, respectively. It has been found that in order to quench a hollow and long steel material having a closed cross section with two continuous sides, it is necessary to supply a large amount of inert gas.
すなわち、特許文献2により開示された発明では、焼入れ水量が増加すると水とともに巻き込まれる空気によって焼入れ部材の表面に酸化スケールが生じるため、大量の不活性ガスを鋼管2の周囲へ供給する必要があり、製造コストの上昇につながるとともに作業環境の点で問題がある。 That is, in the invention disclosed in Patent Document 2, when the amount of quenching water increases, oxidized scale is generated on the surface of the quenching member by the air entrained together with water, and therefore it is necessary to supply a large amount of inert gas around the steel pipe 2. This leads to an increase in manufacturing cost and a problem in terms of working environment.
特許文献3により開示された発明を3DQに適用しようとすると、必然的にロボットの作動範囲をすべてチャンバ内に収める必要があり、装置が相当大型になるとともに、そこに充満させる不活性ガスの量も膨大なものとなり、製造コストの上昇は避けられない。 When the invention disclosed in Patent Document 3 is applied to 3DQ, the entire operating range of the robot needs to be accommodated in the chamber, and the apparatus becomes considerably large and the amount of inert gas to be filled therewith. The production cost is unavoidable.
さらに、特許文献4に開示された発明を3DQに適用すると、加工チャック8を支持する産業用ロボットがチャンバに干渉するおそれがあり、産業用ロボットの動作範囲、すなわち曲げ部材の形状が制限される。 Furthermore, when the invention disclosed in Patent Document 4 is applied to 3DQ, an industrial robot that supports the processing chuck 8 may interfere with the chamber, and the operating range of the industrial robot, that is, the shape of the bending member is limited. .
このように、コイルの上流から不活性ガスを供給するだけでは、噴射される焼入れ水による空気の巻き込みを防げないため、不活性ガスの大量供給や加工装置全体の雰囲気制御が必要になり、製造コストが大幅に上昇する。 In this way, simply supplying inert gas from the upstream side of the coil does not prevent air entrainment from the injected quenching water, so it is necessary to supply a large amount of inert gas and control the atmosphere of the entire processing apparatus. Costs increase significantly.
本発明は、従来の技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、3DQにより、断面周方向へ少なくとも一つの頂点とこの頂点の両側にそれぞれ連続する2つの辺とを有する閉じた横断面を有する中空かつ長尺の鋼材に焼入れを行う場合に、大量の冷却水を用いても不活性ガスの噴出量を増加することなく、塗装性に有害な厚膜スケールの生成を効果的に抑制して焼入れ鋼材の表面状態および塗装性を改善できる焼入れ鋼材の製造装置および製造方法と、熱間三次元加工装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem of the prior art, and is closed by 3DQ having at least one vertex in the circumferential direction of the cross section and two sides that are continuous on both sides of the vertex. When quenching hollow and long steel materials with a cross-section, even if a large amount of cooling water is used, the generation of thick film scales that are detrimental to paintability is effective without increasing the amount of inert gas jetted. An object of the present invention is to provide a hardened steel material manufacturing apparatus and manufacturing method, and a hot three-dimensional processing apparatus capable of improving the surface condition and paintability of the hardened steel material.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、断面周方向へ少なくとも一つの頂点とこの頂点の両側にそれぞれ連続する2つの辺とを有する閉じた横断面を有する中空かつ長尺の鋼材に対して、3DQ装置を用いて焼入れを行う際に、コイルの下流側に配置される冷却装置(冷却ジャケット)における冷却水吐出孔が設けられていない部分(前記頂点に対向する、冷却ジャケットのコーナ部分)に遮蔽部材を配置することにより、噴射される冷却水に巻き込まれて随伴する空気の流れを軽減でき、不活性ガスの供給量を高めなくても、鋼管の高温部のみを十分に雰囲気制御することができ、これにより、塗装性に有害な製品表面の厚膜スケールの生成を抑制して焼入れ鋼材を製造できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。 As a result of intensive studies in order to solve the above problems, the present inventors have found that a hollow having a closed cross section having at least one apex in the circumferential direction of the cross section and two sides that are continuous on both sides of the apex, and When quenching a long steel material using a 3DQ device, a portion where a cooling water discharge hole is not provided in the cooling device (cooling jacket) arranged on the downstream side of the coil (facing the apex) By arranging a shielding member at the corner of the cooling jacket), it is possible to reduce the air flow involved in the injected cooling water, and without increasing the amount of inert gas supplied, the high temperature part of the steel pipe It is possible to sufficiently control the atmosphere, and it has been found that hardened steel can be manufactured by suppressing the generation of thick film scale on the product surface, which is harmful to paintability. It was completed a light.
本発明は、例えば四角形の横断面を有する鋼管のような、断面周方向へ少なくとも一つの頂点とこの頂点の両側にそれぞれ連続する2つの辺とを有する閉じた横断面を有する中空かつ長尺の鋼材を位置決めしながらその長手方向へ移動させるための位置決め装置と、
送られる鋼材から離間して第1の位置に配置されるとともに、鋼材を焼入れ可能温度域に加熱する高周波誘導加熱コイルと、
第1の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第2の位置に配置されるとともに、鋼材の横断面において2つの辺それぞれに向けて略垂直に冷却媒体を吹き付ける冷却媒体噴射孔を有することにより鋼材を焼入れる冷却装置と、
鋼材における、高周波誘導加熱コイルにより加熱された部分へ向けて不活性ガスまたは還元性ガスを、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または還元性ガスを供給するスケール生成防止ガス供給装置と、
2つの辺のうちの一方の辺へ向かう冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射孔の設置領域と、2つの辺のうちの他方の辺へ向かう冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射孔の設置領域との間の冷却媒体非噴射領域に配置されて、冷却媒体に巻き込まれて随伴する空気の流れを抑制する遮蔽部材と
を備えることを特徴とする焼入れ鋼材の製造装置である。
The present invention relates to a hollow and long tube having a closed cross section having at least one apex in the circumferential direction of the cross section and two continuous sides on both sides of the apex, such as a steel pipe having a square cross section. A positioning device for moving the steel material in the longitudinal direction while positioning it;
A high-frequency induction heating coil that is disposed at the first position apart from the steel material to be sent, and heats the steel material to a quenchable temperature range,
By being provided at a second position downstream of the first position in the feed direction of the steel material, and having a coolant injection hole for spraying the coolant substantially vertically toward each of the two sides in the cross section of the steel material A cooling device for quenching steel,
By blowing an inert gas or a reducing gas toward the side of the steel material that is heated by the high-frequency induction heating coil toward the second position from the first position, A scale generation prevention gas supply device for supplying an inert gas or a reducing gas to the space;
An installation area of a cooling medium injection hole for injecting a cooling medium toward one of the two sides, and an installation area of a cooling medium injection hole for injecting a cooling medium toward the other of the two sides It is arrange | positioned in the cooling-medium non-injection area | region between, and is equipped with the shielding member which suppresses the flow of the air which is wound in the cooling medium and accompanies, The manufacturing apparatus of hardened steel materials characterized by the above-mentioned.
別の観点からは、本発明は、断面周方向へ少なくとも一つの頂点とこの頂点の両側にそれぞれ連続する2つの辺とを有する閉じた横断面を有する中空かつ長尺の鋼材を、位置決め装置によって、位置決めしながらその長手方向へ移動させながら、
送られる鋼材から離間して第1の位置に配置される高周波誘導加熱コイルによって、鋼材を焼入れ可能温度域に加熱するととともに、第1の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第2の位置に配置される冷却装置に設けられた冷却媒体噴射孔から、鋼材の横断面において2つの辺それぞれに向けて略垂直に冷却媒体を吹き付けることにより鋼材を焼入れ、
鋼材における、高周波誘導加熱コイルにより加熱される部分へ向けて不活性ガスまたは還元性ガスを、スケール生成防止ガス供給装置によって、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、加熱される部分の周囲の空間に不活性ガスまたは還元性ガスを供給し、さらに、
2つの辺のうちの一方の辺へ向かう冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射孔の設置領域と、2つの辺のうちの他方の辺へ向かう冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射孔の設置領域との間の冷却媒体非噴射領域に配置される遮蔽部材によって、冷却媒体に巻き込まれて随伴する空気の流れを抑制すること
を備えることを特徴とする焼入れ鋼材の製造方法である。
From another viewpoint, the present invention provides a hollow and long steel material having a closed cross section having at least one apex in the circumferential direction of the cross section and two sides continuous on both sides of the apex by a positioning device. While moving in the longitudinal direction while positioning,
The steel material is heated to a quenchable temperature range by a high-frequency induction heating coil disposed at a first position apart from the steel material to be fed, and at a second position downstream of the first material in the feed direction of the steel material. Quenching the steel material by spraying the cooling medium substantially perpendicularly toward each of the two sides in the cross section of the steel material from the cooling medium injection hole provided in the cooling device arranged,
By spraying an inert gas or a reducing gas toward the portion heated by the high-frequency induction heating coil in the steel material from the first position toward the second position by the scale generation prevention gas supply device. Supplying an inert gas or a reducing gas to the space around the part to be heated;
An installation area of a cooling medium injection hole for injecting a cooling medium toward one of the two sides, and an installation area of a cooling medium injection hole for injecting a cooling medium toward the other of the two sides It is a manufacturing method of the hardened steel material characterized by including suppressing the flow of the air which is caught in a cooling medium and is accompanied by the shielding member arrange | positioned in a cooling medium non-injection area | region in the meantime.
これらの本発明では、鋼材は正方形の横断面を有してもよく、この場合に、遮蔽部材は下記(1)式および(2)式を満足する寸法を有することが望ましい。 In these present inventions, the steel material may have a square cross section. In this case, it is desirable that the shielding member has a dimension that satisfies the following formulas (1) and (2).
0.6≦A2/A1<1 ・・・・・(1)
0.6≦B2/B1<1 ・・・・・(2)
A1:前記鋼材の長手方向に直交する断面における、前記一方の辺への冷却媒体噴射孔の設置領域の、前記一方の辺と直交する第1の方向への長さ
A2:前記鋼材の長手方向に直交する断面における、前記第1の方向への前記遮蔽部材の長さ
B1:前記鋼材の長手方向に直交する断面における、前記他方の辺への冷却媒体噴射孔の設置領域の、前記他方の辺と直交する第2の方向への長さ
B2:前記鋼材の長手方向に直交する断面における、前記第2の方向への前記遮蔽部材の長さ。
0.6 ≦ A2 / A1 <1 (1)
0.6 ≦ B2 / B1 <1 (2)
A1: Length in the first direction perpendicular to the one side of the installation area of the cooling medium injection hole on the one side in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material A2: Longitudinal direction of the steel material The length of the shielding member in the first direction in the cross-section orthogonal to B1: the other of the installation areas of the coolant injection holes in the other side in the cross-section orthogonal to the longitudinal direction of the steel material Length in a second direction perpendicular to the side B2: Length of the shielding member in the second direction in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the steel material.
別の観点からは、本発明は、上述した本発明に係る焼入れ鋼材の製造装置と、
この焼入れ鋼材の製造装置における第2の位置よりも鋼材の送り方向の下流の第3の位置に三次元に移動自在に配置されて、位置決め装置とともに加熱される部分を曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼材に熱間加工を行う加工装置とを備えること
を特徴とする熱間三次元加工装置である。
From another point of view, the present invention relates to an apparatus for manufacturing a quenched steel material according to the present invention described above,
A portion that is three-dimensionally movably disposed at a third position downstream of the second position in the steel material feed direction with respect to the second position in the hardened steel manufacturing apparatus, and that is heated with the positioning device is subjected to bending deformation or shear deformation. Thus, a hot three-dimensional processing device comprising a processing device that performs hot working on a steel material.
本発明により、例えば、断面周方向へ少なくとも一つの頂点とこの頂点の両側にそれぞれ連続する2つの辺とを有する閉じた横断面を有する中空かつ長尺の鋼材であって、
長手方向の少なくとも一部に、二次元または三次元の方向へ屈曲するとともに焼入れられた屈曲部を有するとともに、
屈曲部は、表面にスケール(酸化膜)を有し、スケールの膜厚は1μm以下であり、スケール中に含まれるFeOの比率が90%以上であるとともに、鋼組織がマルテンサイト、あるいは、マルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトからなること
を特徴とする焼入れ部材が製造される。
According to the present invention, for example, a hollow and long steel material having a closed cross section having at least one apex in the circumferential direction of the cross section and two sides respectively continuous on both sides of the apex,
At least part of the longitudinal direction has a bent portion that is bent and quenched in a two-dimensional or three-dimensional direction,
The bent portion has a scale (oxide film) on the surface, the thickness of the scale is 1 μm or less, the ratio of FeO contained in the scale is 90% or more, and the steel structure is martensite or martensite. A hardened member comprising a site and tempered martensite is produced.
この焼入れ部材におけるスケールは、日本パーカライジング株式会社製PBL3080を用いて、当該処理液の標準条件で120秒間の化成処理を施した場合の、化成処理後の表面のX線回折分析において、フォスフォフィライトとホパイトのX線強度の合計に対する、FeOとFe3O4とFe2O3のX線強度の合計の比が0.05以下であることが望ましい。 The scale in this quenching member is a phosphophyll in the X-ray diffraction analysis of the surface after the chemical conversion treatment when chemical conversion treatment is performed for 120 seconds under the standard conditions of the treatment liquid using PBL3080 manufactured by Nippon Parkerizing Co., Ltd. It is desirable that the ratio of the total X-ray intensities of FeO, Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 to the total of the X-ray intensities of light and hopeite is 0.05 or less.
本発明により、3DQにより、断面周方向へ少なくとも一つの頂点とこの頂点の両側にそれぞれ連続する2つの辺とを有する閉じた横断面を有する中空かつ長尺の鋼材に焼入れを行う場合に、大量の冷却水を用いても必要最小限の不活性ガスまたは還元性ガスを噴出することで、塗装性に有害な厚膜スケールの生成を効果的に抑制して焼入れ鋼材の表面状態および塗装性を改善できる。 According to the present invention, when quenching a hollow and long steel material having a closed cross section having at least one apex in the circumferential direction of the cross section and two sides continuous on both sides of the apex in 3DQ, By blowing out the minimum amount of inert gas or reducing gas even when using cooling water, the generation of thick film scales that are harmful to paintability is effectively suppressed, and the surface condition and paintability of hardened steel are reduced. Can improve.
これにより、3DQにより製造される焼入れ鋼材の塗装性および耐食性を改善でき、この焼入れ鋼材を自動車用部品に適用する際に要求される耐食性を確保でき、自動車の品質向上に大きく寄与する。 Thereby, the paintability and corrosion resistance of the hardened steel material manufactured by 3DQ can be improved, and the corrosion resistance required when this hardened steel material is applied to automobile parts can be secured, which greatly contributes to improving the quality of automobiles.
さらに、本発明によれば、3DQの加工時に用いる不活性ガスまたは還元性ガスの使用量を顕著に抑制できるので、作業環境の改善を図ることもできる。 Furthermore, according to the present invention, since the amount of inert gas or reducing gas used during 3DQ processing can be significantly reduced, the working environment can be improved.
本発明を、添付図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明では、本発明における「断面周方向へ少なくとも一つの頂点とこの頂点の両側にそれぞれ連続する2つの辺とを有する閉じた横断面を有する中空かつ長尺の鋼材」が、後述する図1に示すように、正方形の横断面を有する長尺の鋼管17である場合を例にとるが、本発明はこの鋼管17に限定されるものではなく、上述の特徴を有する鋼材であれば、上記鋼管17以外の他の鋼材であっても同様に適用される。鋼管17の横断面は、正方形以外に、例えば、長方形、多角形、辺内に凹ビードを有する概ね長方形(一つの面にビードを有する凹型、対向する二面にビードを有するH型、あるいはすべての面にビードを有する型)、多角形の頂点の角度を崩した異形断面(例えば各頂点の角度が87,88,91,94°である四角形)等が例示される。
The present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, “a hollow and long steel material having a closed cross section having at least one apex in the circumferential direction of the cross section and two sides continuous on both sides of the apex” in the present invention will be described later. As shown in FIG. 1, an example is a
本発明に係る焼入れ鋼管30の製造装置10、熱間三次元加工装置20、焼入れ鋼管30の製造方法と、本発明により製造される焼入れ鋼管30を順次説明する。
The
1.焼入れ鋼管30の製造装置
図1は、本発明に係る製造装置10の主要部を拡大して示す説明図であり、図2は、製造装置10の主要部を抜き出して示す正面図であって、図1におけるC矢視図である。
1. Manufacturing apparatus for
図1に示すように、製造装置10は、位置決め装置12と、高周波誘導加熱コイル13と、冷却装置14と、スケール生成防止ガス供給装置15と、遮蔽部材16とを備える。
As shown in FIG. 1, the
[位置決め装置12]
位置決め装置12は、長尺かつ中空の形状を有する加工素材である鋼管17を、所定の位置に位置決めしながら、鋼管17を軸回りに非回転で長手方向へ移動させるための装置であり、例えば、鋼管17の外周面に当接する形状の内面を有する一対の孔型ロール12a,12bにより構成される。
[Positioning device 12]
The
鋼管17は、断面周方向へ4つの頂点17e〜17hとこれら4つの頂点17e〜17hそれぞれの両側にそれぞれ連続する4つの辺17a〜17dとを有する閉じた横断面を有する。
The
[高周波誘導加熱コイル13]
高周波誘導加熱コイル13は、位置決め装置12により送られる鋼管17の外周面から所定距離離間して第1の位置Aに配置される。高周波誘導加熱コイル13は、鋼管17の外周面から離れて鋼管17の周囲を取り囲むことができる略正方形の環状の外形を有し、鋼管17を焼入れ可能温度域(Ac3点以上)に加熱する。
[High-frequency induction heating coil 13]
The high frequency
なお、高周波誘導加熱コイル13は、図4に示すように、変成器6−1が発生する高周波電力を供給されるブスバー(フィーダ)6に懸垂支持されており、ブスバー(フィーダ)6により高周波電力を供給されて、鋼管17をAc3点以上の焼入れ可能温度域に加熱する。
As shown in FIG. 4, the high-frequency
[冷却装置14]
冷却装置14は、高周波誘導加熱コイル13が設置される第1の位置Aよりも鋼管17の送り方向の下流の第2の位置Bに配置される。冷却装置14は、鋼管17の横断面において鋼管17の4つの辺17a〜17dそれぞれに向けて略垂直に冷却媒体(以降の説明では冷却水を例にとる)を噴射する多数の冷却媒体噴射14a,14bを有する。
[Cooling device 14]
The
すなわち、図1および図2に示すように、冷却装置14は、鋼管17の2つの辺17a,17bのうちの一方の辺17aへ向かう冷却水を噴射する多数の冷却水噴射孔14aと、鋼管17の2つの辺17a,17bのうちの一方の辺17bへ向かう冷却水を噴射する多数の冷却水噴射孔14bとを有する。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the
図2では省略しているが、冷却装置14は、他の辺17cへ向かう冷却水を噴射する多数の冷却水噴射孔14cと、他の辺17dへ向かう冷却水を噴射する多数の冷却水噴射孔14dも有する。
Although omitted in FIG. 2, the
鋼管17の各辺17a〜17dへ向かう冷却水を噴射する多数の冷却水噴射孔14a〜14dが設置される領域の間、すなわち鋼管17の頂点17a〜17dに対向する、冷却装置14の4つの角部には、それぞれ、冷却水噴射孔が配置されない冷却水非噴射領域が形成されている。
Four regions of the
冷却装置14は、多数の冷却水噴射孔14a〜14dからそれぞれ鋼管17の各辺17a〜17dへ冷却水をそれぞれ噴射することにより、鋼管17を焼入れて、マルテンサイト、あるいは、マルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトからなる鋼組織とする。
[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、図示しない供給ポンプ、この供給ポンプに接続される供給ノズル15aと、高周波誘導加熱コイル13の上流側に配置されて鋼管17の周囲を囲んで配置されるガスチャンバ15bと、ガスチャンバ15bの上流側の開口を鋼管17が侵入可能なように塞ぐゴムシャッタ15cとを有する。
The
[Scale generation prevention gas supply device 15]
The scale generation preventing
鋼管17における、高周波誘導加熱コイル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17iに不活性ガスまたは還元性ガス(N2ガスが例示される。以下、単に「ガス」という)を吹き付けて、高温にある部分17iの周囲の空間にガスを供給して、滞留、充満させるためのものである。
An inert gas or a reducing gas (N 2 gas is exemplified. Hereinafter, simply referred to as “gas”) is applied to a portion 17 i that is heated by the high-frequency
供給ノズル15aの設置位置や向き、設置数、さらには、供給ノズル15aからのガスの吹き付け力等は、高温にある部分17iの全周の環状の空間にガスを供給して、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15aは、鋼管17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。
The installation position and orientation of the
鋼管17の高温にある部分への例えばN2ガスの供給量は、50L/min以上500L/min以下であることが例示される。なお、この供給量は、温度や圧力の影響を受けない質量流量計での値である。
For example, the supply amount of, for example, N 2 gas to the portion of the
例えば、図1に例示するように、供給ノズル15aからのガスの吹き付け方向(供給ノズル15a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17の周囲において第1の位置Aから第2の位置Bへ向かうガスの流れによって、冷却装置14から噴射された冷却水が加熱された部分17iの周囲の空間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17の外面に噴射された冷却水が高周波誘導加熱コイル13による鋼管17の加熱される部分の大きさを変動させて鋼管17の加熱状況に影響することを防止できるので、鋼管17に対する加工を安定して行うことができるようになる。
For example, as illustrated in FIG. 1, the direction in which the gas is blown from the
また、供給ノズル15aからガスを加熱された部分17iの周囲の空間へ向けて吹き付けるので、加熱された鋼管17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30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30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。
Further, since the gas is blown from the
特に、高周波誘導加熱コイル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17の加熱された部分17iの周囲の空間に供給されるガスによって、高温に加熱された鋼管17の外面に噴射された冷却水の水蒸気から分離・生成した酸素ガスO2の分圧を低下することができるので、鋼管17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30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。
In particular, the gas supplied to the space around the heated portion 17 i of the
このように、スケール生成防止ガス供給装置15は、鋼管17における、高周波誘導加熱コイル13により加熱された部分へ向けてガスを、第1の位置Aから第2の位置B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17iの周囲の空間にガスを供給する。
As described above, the scale generation preventing
[遮蔽部材16]
スケール生成防止ガス供給装置15におけるガスチャンバ15bを配置することにより、高周波誘導加熱コイル13の上流側からガスを供給してガスチャンバ15bの内部を正圧にすることによって、外部からの空気の巻き込みを抑制することができるものの、ガスチャンバ15bの下流側で噴射される冷却水による空気の巻き込みを抑制するためには、相当量のガス供給を行う必要がある。
[Shielding member 16]
By disposing the
本発明では、冷却水による空気の巻き込みそのものを抑制する手法として、空気を巻き込む入口と考えられる冷却水ノズルの吐出孔が設けられていない冷却装置14のコーナ部分、すなわち鋼管17の各辺17a〜17dへ向かう冷却水を噴射する多数の冷却水噴射孔14a〜14dが設置される領域の間である、鋼管17の頂点17a〜17dに対向する、冷却装置14の4つの角部にそれぞれ形成される、冷却水噴射孔が配置されない冷却水非噴射領域を、遮蔽板等の遮蔽部材16で覆う。
In the present invention, as a method of suppressing the entrainment of air itself by the cooling water, the corner portion of the
これにより、下流側からの空気巻き込みが抑制され、より少ないガス供給でも十分な雰囲気制御が可能となり、焼入れ鋼管30の表面の厚膜スケール生成を抑止することが可能になる。
Thereby, air entrainment from the downstream side is suppressed, sufficient atmosphere control is possible even with a smaller gas supply, and generation of thick film scale on the surface of the quenched
遮蔽板16の寸法は、冷却水非噴射領域を覆うことができる寸法であることが望ましいが、大き過ぎると加工の際に鋼管17と干渉したり、冷却水の流れを阻害して高周波誘導加熱コイル13側へ、噴射された冷却水が逆流することがある。このため、遮蔽板16の寸法は、これらの不具合を生じない範囲で最大の寸法とすることが望ましい。
The size of the shielding
遮蔽部材16は、例えば、下記(1)式および(2)式を満足する寸法を有することが望ましい。
For example, the shielding
0.6≦A2/A1<1 ・・・・・(1)
0.6≦B2/B1<1 ・・・・・(2)
A1:鋼管17の長手方向に直交する断面(図2に示す断面)における、一方の辺17aへの冷却媒体噴射孔14aの設置領域の、一方の辺17aと直交する第1の方向への長さ
A2:鋼管17の長手方向に直交する断面(図2に示す断面)における、第1の方向への遮蔽部材16の長さ
B1:鋼管17の長手方向に直交する断面(図2に示す断面)における、他方の辺17bへの冷却媒体噴射孔14aの設置領域の、他方の辺17bと直交する第2の方向への長さ
B2:鋼管17の長手方向に直交する断面(図2に示す断面)における、第2の方向への遮蔽部材16の長さ。
0.6 ≦ A2 / A1 <1 (1)
0.6 ≦ B2 / B1 <1 (2)
A1: The length in the first direction perpendicular to one side 17a of the installation area of the cooling
遮蔽板16の材質は、高周波誘導加熱コイル13により誘導加熱されず、かつ冷却水の噴流に耐えるものである。また、加工が厳しい場合には曲げられた後の鋼管17と接触して破損することも考えられるため、ある程度の弾性を有し、かつガスの圧力により撓まない材質であることが望ましい。このような観点から、遮蔽板16の材質は、ゴム,ウレタン,発泡樹脂等の非金属であることが挙げられる.
遮蔽板16を設けることにより、より少ないガス量でも鋼管17の稜線部におけるスケールの生成を抑制できる。また、同じガス流量であれば多くの冷却水を流すことができ、冷却能を向上させられるために加工速度を高めて生産性を向上できる。
The material of the shielding
By providing the shielding
このように、遮蔽部材16は、少なくとも、鋼管17における2つの辺17a,17bのうちの一方の辺17aへ向かう冷却水を噴射する冷却水噴射孔14aの設置領域と、2つの辺17a,17bのうちの他方の辺17bへ向かう冷却水を噴射する冷却水噴射孔14bの設置領域との間の冷却水非噴射領域に配置されて、冷却水に巻き込まれて随伴する空気の流れを抑制する。
製造装置10は以上のように構成される。次に、熱間三次元加工装置20を説明する。
As described above, the shielding
The
2.熱間三次元加工装置20
図1に示すように、熱間三次元加工装置20は、上述した本発明に係る焼入れ鋼材の製造装置10と、製造装置10における第2の位置Bよりも鋼管17の送り方向の下流の第3の位置Dに三次元に移動自在に配置されて、位置決め装置8とともに、鋼管17の加熱される部分17iを曲げ変形またはせん断変形させることにより、鋼管17に熱間加工を行う加工装置21とを備えるものである。
2. Hot three-
As shown in FIG. 1, the hot three-
加工装置21は、多関節型の産業用ロボット22と、産業ロボット22に支持されるとともに鋼管21の先端に固定されるチャック23とを備えることが例示される。これにより、チャック23を三次元の方向へ移動させることにより、鋼管17の加熱される部分17iを曲げ変形またはせん断変形させることができる。
The
熱間三次元加工装置20は以上のように構成される。次に、本発明に係る焼入れ鋼管30の製造方法を説明する。
The hot three-
3.焼入れ鋼管30の製造方法
本発明では、長尺の鋼管17を、位置決め装置12によって、位置決めしながらその長手方向へ移動させながら、
送られる鋼管17から離間して第1の位置Aに配置される高周波誘導加熱コイル13によって、鋼管17を焼入れ可能温度域に加熱するととともに、第1の位置Aよりも鋼管17の送り方向の下流の第2の位置Bに配置される冷却装置14によって、鋼管17の横断面において2つの辺17a,17bそれぞれに向けて略垂直に冷却水を吹き付けることにより鋼管17を焼入れ、
鋼管17における、高周波誘導加熱コイル13により加熱される部分17iへ向けてガスを、スケール生成防止ガス供給装置15によって、第1の位置Aから第2の位置Bへ向かう側へ向けて吹き付けることによって、加熱される部分17iの周囲の空間にガスを供給し、さらに、鋼管17の各辺17a〜17dへ向かう冷却水を噴射する多数の冷却水噴射孔14a〜14dが設置される領域の間、すなわち鋼管17の頂点17a〜17dに対向する、冷却装置14の4つの角部にそれぞれ形成される、冷却水噴射孔が配置されない4つの冷却水非噴射領域にそれぞれ配置された遮蔽板16によって、冷却水に巻き込まれて随伴する空気の流れを抑制する。
3. In the present invention, the
The
By spraying the gas toward the portion 17 i heated by the high frequency
このため、本発明によれば、冷却水による空気の巻き込みそのものを抑制することができ、下流側からの空気巻き込みが抑制され、より少ないガス供給でも十分な雰囲気制御が可能となり、焼入れ鋼管30の表面の厚膜スケール生成を抑止することが可能になる。
次に、本発明により製造される焼入れ鋼管30を説明する。
For this reason, according to the present invention, air entrainment by the cooling water itself can be suppressed, air entrainment from the downstream side can be suppressed, and sufficient atmosphere control can be performed with less gas supply. It becomes possible to suppress the generation of thick film scale on the surface.
Next, the hardened
4.焼入れ鋼管30
焼入れ鋼管30は、長尺の鋼管17を素材とする。
4).
The hardened
焼入れ鋼管30の長手方向の少なくとも一部に、二次元または三次元の方向へ屈曲するとともに焼入れられた屈曲部31を有する。
At least a part of the longitudinal direction of the hardened
屈曲部31は、表面にスケール(酸化膜)を有する。このスケールの膜厚は1μm以下であり、このスケール中に含まれるFeOの比率が90%以上であるとともに、鋼組織がマルテンサイト、あるいは、マルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトからなる。
The
このスケールは、日本パーカライジング株式会社製PBL3080を用いて、当該処理液の標準条件で120秒間の化成処理を施した場合の、化成処理後の表面のX線回折分析において、フォスフォフィライトとホパイトのX線強度の合計に対する、FeOとFe3O4とFe2O3のX線強度の合計の比が0.05以下である。 This scale is obtained by using phosphophyllite and hopite in the X-ray diffraction analysis of the surface after chemical conversion treatment, when PBL3080 manufactured by Nippon Parkerizing Co., Ltd. is used and subjected to chemical conversion treatment for 120 seconds under the standard conditions of the treatment liquid. The ratio of the sum of the X-ray intensities of FeO, Fe 3 O 4 and Fe 2 O 3 to the sum of the X-ray intensities is 0.05 or less.
このため、この焼入れ鋼管30は、塗装性に有害な厚膜スケールの生成を効果的に抑制してその表面状態および塗装性を改善できる。これにより、3DQにより製造される焼入れ鋼管30の塗装性および耐食性を改善でき、焼入れ鋼管30を自動車用部品に適用する際に要求される耐食性を確保でき、自動車の品質向上に大きく寄与することができる。
For this reason, this hardened
さらに、本発明によれば、3DQの加工時に用いるガスの使用量を顕著に抑制できるので、作業環境の改善を図ることもできる。 Furthermore, according to the present invention, the amount of gas used during 3DQ processing can be significantly suppressed, so that the work environment can be improved.
図3は、実施例で用いた4種の遮蔽板16(材質:ウレタン)の形状1〜4および配置をまとめて示す説明図である。図3に示す各遮蔽板の寸法(図2における長さA1,A2,B1,B2)の値は、以下の通りである。 FIG. 3 is an explanatory view collectively showing the shapes 1 to 4 and the arrangement of the four types of shielding plates 16 (material: urethane) used in the examples. The values of the dimensions of the shielding plates shown in FIG. 3 (lengths A1, A2, B1, and B2 in FIG. 2) are as follows.
形状1:A2/A1=B2/B1=0.625
形状2:A2/A1=B2/B1=0.5
形状3:冷却水噴出孔14a〜14dを塞いだ形状
形状4:A2/A1=B2/B1=1.15
図1,2に示す焼入れ部材の製造装置10を用いて、幅42mm,高さ36mm,肉厚2.4mmの断面長方形の鋼管17に3DQ装置を用いて焼入れを行い、得られた焼入れ部材30の表面における厚膜スケールの生成状態を観察した。表1に実験条件をまとめて示す。なお、冷却水噴射孔14a,14bの配置は図2に示す通りであり、冷却水の噴射角度は鋼管17の送り方向に対して下流側に向けて30°傾斜した角度である。
Shape 1: A2 / A1 = B2 / B1 = 0.625
Shape 2: A2 / A1 = B2 / B1 = 0.5
Shape 3: Shape in which cooling
The hardened
表1に示すように、冷却水ジャケットのコーナ部分を形状1の遮蔽板16で適切に覆った場合(本発明例1〜2)にはガス流量が同じであれば冷却水量を増加させても、また冷却水量が同じならガス流量を減らしても、厚膜スケールの生成しない良好な表面を有する焼入れ鋼管30を得ることができた。なお、形状2の遮蔽板16は形状1の遮蔽版16よりも遮蔽面積が小さく空気の巻き込み効果がやや不十分である。
As shown in Table 1, when the corner portion of the cooling water jacket is appropriately covered with the shielding
他方、形状3の遮蔽板(比較例2)は、冷却水噴射孔14a,14bを塞いでしまっており、冷却水の逆流を招き、焼入れ鋼管30の焼き入れ不良や高周波誘導加熱コイル13の通電不良を生じてしまった。また、形状4の遮蔽板(比較例3)は、鋼管17の通過領域に遮蔽板16が張り出しており、鋼管17と干渉してしまった。
On the other hand, the shape 3 shielding plate (Comparative Example 2 ) closes the cooling
このように、遮蔽板16を設けない場合(従来例1〜3)や遮蔽板16の形状が不適切な場合(比較例2,3)には、冷却水量を増やしたりガス流量を減らしたりすると、焼入れ鋼管30の表面に厚膜スケールが生成した。また、遮蔽板16の形状が不適切な場合には高周波誘導加熱コイル13側への冷却水逆流や焼入れ鋼管30との接触干渉が生じた。
As described above, when the shielding
10 製造装置
12 位置決め装置
13 高周波誘導加熱コイル
14 冷却装置
14a,14b 冷却媒体噴射孔
15 スケール生成防止ガス供給装置
16 遮蔽部材
17 鋼管
17a,17b 2つの辺
17i 加熱される部分
20 熱間三次元加工装置
30 焼入れ鋼管
DESCRIPTION OF
Claims (1)
送られる前記鋼材から離間して第1の位置に配置される高周波誘導加熱コイルによって、該鋼材を焼入れ可能温度域に加熱するととともに、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の位置に配置される冷却装置に設けられた冷却媒体噴射孔から、前記鋼材の横断面において前記2つの辺それぞれに向けて略垂直に冷却媒体を吹き付けることにより前記鋼材を焼入れ、
該鋼材における、前記高周波誘導加熱コイルにより加熱される部分へ向けて不活性ガスまたは還元性ガスを、スケール生成防止ガス供給装置によって、前記第1の位置から前記第2の位置へ向かう側へ向けて吹き付けることによって、前記加熱される部分の周囲の空間に不活性ガスまたは還元性ガスを供給し、さらに、
前記2つの辺のうちの一方の辺へ向かう前記冷却媒体を噴射する前記冷却媒体噴射孔の設置領域と、前記2つの辺のうちの他方の辺へ向かう前記冷却媒体を噴射する前記冷却媒体噴射孔の設置領域との間の冷却媒体非噴射領域に配置される遮蔽部材によって、前記冷却媒体に巻き込まれて随伴する空気の流れを抑制すること
を備えることを特徴とする表面に厚膜スケールの無い焼入れ鋼材の製造方法。 A hollow and long steel material having a closed cross section having at least one apex in the circumferential direction of the cross section and two continuous sides on both sides of the apex is moved in the longitudinal direction while being positioned by a positioning device. While
The steel material is heated to a quenchable temperature range by a high-frequency induction heating coil disposed at a first position apart from the steel material to be fed, and at the second downstream of the steel material in the feeding direction from the first position. The steel material is quenched by spraying a cooling medium substantially perpendicularly toward each of the two sides in the cross section of the steel material from the cooling medium injection hole provided in the cooling device disposed at the position of 2,
In the steel material, an inert gas or a reducing gas is directed toward a portion that is heated by the high-frequency induction heating coil from the first position toward the second position by the scale generation preventing gas supply device. To supply an inert gas or a reducing gas to the space around the heated part,
An installation area of the cooling medium injection hole that injects the cooling medium toward one of the two sides, and the cooling medium injection that injects the cooling medium toward the other of the two sides. A thick film scale is provided on the surface, characterized in that the surface of the thick film scale is provided with a shielding member disposed in a cooling medium non-injection area between the hole installation area and a flow of air entrained in the cooling medium . No manufacturing method of hardened steel.
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