JP7092020B2 - Induction heating method for steel sheet members - Google Patents
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Description
本発明は鋼板部材の誘導加熱方法に関する。 The present invention relates to an induction heating method for a steel sheet member.
近年、例えば自動車用構造部材として、耐衝撃性を向上させるため、衝撃に耐える硬質領域と衝撃を吸収する軟質領域とを備えた鋼板部材が開発されている。特許文献1には、鋼板部材の一部の領域のみをオーステナイト変態完了温度A3よりも高温まで加熱して焼き入れることによって、1枚の鋼板部材に硬質領域と軟質領域とを形成する手法が開示されている。 In recent years, for example, as a structural member for an automobile, a steel plate member having a hard region that withstands an impact and a soft region that absorbs an impact has been developed in order to improve impact resistance. Patent Document 1 discloses a method of forming a hard region and a soft region on one steel sheet member by heating and baking only a part of the region of the steel sheet member to a temperature higher than the austenite transformation completion temperature A3. Has been done.
他方、焼き入れによって鋼板部材全体を硬質領域にした後、一部の領域のみを加熱して焼き戻し、1枚の鋼板部材に硬質領域と軟質領域を形成してもよい。 On the other hand, after the entire steel sheet member is made into a hard region by quenching, only a part of the region may be heated and tempered to form a hard region and a soft region on one steel sheet member.
発明者らは、鋼板部材の加熱方法として、対向配置されると共に電気的に接続された一対の板状コイルの間に鋼板部材を配置して誘導加熱する手法について検討し、以下の問題点を見出した。 The inventors have studied a method of inducing heating by arranging a steel plate member between a pair of plate-shaped coils arranged facing each other and electrically connected as a method of heating the steel plate member, and have solved the following problems. I found it.
誘導加熱の際、一対の板状コイルの間において鋼板部材が配置されていない非配置領域(例えば切り欠き部など)と、鋼板部材が配置された配置領域とでは、板状コイルの抵抗が変化する。具体的には、板状コイルの配置領域では、鋼板部材からの反磁界によって抵抗が高くなるのに対し、板状コイルの非配置領域では、鋼板部材からの反磁界の影響が小さい。そのため、板状コイルにおいて、配置領域よりも非配置領域の方が、抵抗が小さくなり、非配置領域に電流が集中するようになる。その結果、鋼板部材を均一に加熱することができないという問題があった。 During induction heating, the resistance of the plate-shaped coil changes between the non-arranged region (for example, a notch) where the steel plate member is not arranged between the pair of plate-shaped coils and the arranged region where the steel plate member is arranged. do. Specifically, in the plate-shaped coil arrangement region, the resistance is increased by the demagnetizing field from the steel plate member, whereas in the non-arranged region of the plate-shaped coil, the influence of the demagnetizing field from the steel plate member is small. Therefore, in the plate-shaped coil, the resistance becomes smaller in the non-arranged region than in the arranged region, and the current concentrates in the non-arranged region. As a result, there is a problem that the steel sheet member cannot be heated uniformly.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、鋼板部材を均一に加熱することができる鋼板部材の誘導加熱方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an induction heating method for a steel sheet member capable of uniformly heating the steel sheet member.
本発明の一態様に係る鋼板部材の誘導加熱方法は、
対向配置されると共に電気的に接続された一対の板状コイルの間に鋼板部材を配置して誘導加熱する、鋼板部材の誘導加熱方法であって、
前記一対の板状コイルの間に前記鋼板部材を配置して誘導加熱する際、
前記一対の板状コイルの間において前記鋼板部材が配置されていない非配置領域に、誘導加熱可能な材料からなるダミー板を挿入しておくものである。
The induction heating method for a steel sheet member according to one aspect of the present invention is
It is an induction heating method for a steel plate member, in which a steel plate member is arranged between a pair of plate-shaped coils that are arranged facing each other and electrically connected to each other for induction heating.
When the steel plate member is placed between the pair of plate-shaped coils and induced and heated,
A dummy plate made of an induction heating material is inserted into a non-arranged region where the steel plate member is not arranged between the pair of plate-shaped coils.
本発明の一態様に係る鋼板部材の誘導加熱方法では、一対の板状コイルの間に鋼板部材を配置して誘導加熱する際、一対の板状コイルの間において鋼板部材が配置されていない非配置領域に、誘導加熱可能な材料からなるダミー板を挿入しておく。そのため、平板状コイルにおいて、鋼板部材が配置された配置領域と鋼板部材が配置されていない非配置領域との間の抵抗差が小さくなり、鋼板部材を均一に加熱することができる。 In the method for inducing heating a steel plate member according to one aspect of the present invention, when the steel plate member is arranged between a pair of plate-shaped coils and induced to be heated, the steel plate member is not arranged between the pair of plate-shaped coils. A dummy plate made of a material capable of induction heating is inserted in the arrangement region. Therefore, in the flat plate coil, the resistance difference between the arranged region where the steel plate member is arranged and the non-arranged region where the steel plate member is not arranged becomes small, and the steel plate member can be heated uniformly.
本発明により、鋼板部材を均一に加熱することができる鋼板部材の誘導加熱方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide an induction heating method for a steel sheet member capable of uniformly heating the steel sheet member.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Further, in order to clarify the explanation, the following description and drawings are appropriately simplified.
(第1の実施形態)
<鋼板部材の誘導加熱方法>
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法について説明する。図1は、第1の実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法を示す斜視図である。
なお、当然のことながら、図1及び他の図面に示した右手系xyz直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、z軸正向きが鉛直上向き、xy平面が水平面である。
(First Embodiment)
<Induction heating method for steel sheet members>
First, with reference to FIG. 1, the induction heating method for the steel sheet member according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective view showing an induction heating method for a steel plate member according to the first embodiment.
As a matter of course, the right-handed xyz orthogonal coordinates shown in FIG. 1 and other drawings are for convenience to explain the positional relationship of the components. Normally, the z-axis positive direction is vertically upward, and the xy plane is the horizontal plane.
本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法は、高強度と優れた衝撃吸収特性との両立が求められる自動車用の鋼板部材の誘導加熱方法として好適である。本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法は、焼き入れ用途にも焼き戻し用途にも用いることができる。以下の説明では焼き戻し用途について説明する。 The induction heating method for a steel sheet member according to the present embodiment is suitable as an induction heating method for a steel sheet member for an automobile, which is required to have both high strength and excellent shock absorption characteristics. The induction heating method for the steel sheet member according to the present embodiment can be used for both quenching and tempering applications. The following description describes the use for tempering.
説明を容易にするため、図1に示した鋼板部材10は、シンプルな平板形状を有しているが、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法の適用対象となる鋼板部材の用途や形状は何ら限定されることはない。図1に示した鋼板部材10は、例えば車両用フロア部材である。鋼板部材のその他の例として、サイドメンバ(例えば、フロントサイドメンバ、リヤフロアサイドメンバ)やピラーなどの長手方向に垂直な断面がハット型形状を有する車両用部材を挙げることができる。
For the sake of simplicity, the
図1に示すように、誘導加熱装置30によって鋼板部材10が誘導加熱される。誘導加熱装置30は、一対の板状コイル31(上側板状コイル31a、下側板状コイル31b)、管状コイル32、高周波電源33を備えている。
鋼板部材10は、特に限定されないが、例えば厚さ1~4mm程度のマンガン・ボロン鋼からなるホットスタンプ用鋼板である。誘導加熱される前の鋼板部材10は、例えば、全面がマルテンサイトからなるミクロ組織を有した硬質材である。
As shown in FIG. 1, the
The
本実施形態では、上側板状コイル31a、下側板状コイル31bは、y軸方向を長手方向とするxy平面視矩形状の銅板であって、xy平面視で互いに重なり合う。上側板状コイル31a、下側板状コイル31bは、対向配置されると共に管状コイル32によって電気的に接続されている。そして、対向配置された上側板状コイル31a、下側板状コイル31bの間に鋼板部材10を配置して誘導加熱する。
In the present embodiment, the upper plate-
図1に示すように、管状コイル32は、一対の板状コイル31に接合されると共に、一対の板状コイル31の外側を1周するように設けられた銅管である。すなわち、管状コイル32は、一対の板状コイル31と共に1ターンコイルを構成している。管状コイル32の両端は、高周波電源33に接続されており、全体として閉回路を構成している。管状コイル32の内部には、一対の板状コイル31を冷却するための冷却水が流れている。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、本実施形態では、管状コイル32は、上側板状コイル31aの上面及び下側板状コイル31bの下面において2本に分岐され、y軸方向に延設されている。管状コイル32は、一対の板状コイル31のy軸方向一端側でz軸方向に延びて両者を直列に接続している。また、管状コイル32は、一対の板状コイル31のy軸方向他端側で高周波電源33に接続されている。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
ここで、図2は、鋼板部材10、ダミー鋼板20、及び板状コイル31の位置関係を示す平面図である。図3は、図2のIII-III断面図である。図2では、管状コイル32が省略されている。図3に示すように、本実施形態では、管状コイル32は角パイプであって、上側板状コイル31aの上面及び下側板状コイル31bの下面に接合されている。また、上述の通り、管状コイル32は、上側板状コイル31aの上面及び下側板状コイル31bの下面において2本に分岐されている。管状コイル32は、角パイプに限定されず、例えば丸パイプであってもよい。
Here, FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship between the
図2、図3に示すように、鋼板部材10は、切り欠き部11を有している。切り欠き部11は、一対の板状コイル31の間において鋼板部材10が配置されていない非配置領域を構成する。切り欠き部11が一対の板状コイル31の間に配置されれば、切り欠き部11の位置及び形状は何ら限定されない。また、一対の板状コイル31の間において鋼板部材10が配置されていない非配置領域を構成すれば、切り欠き部11に限定されない。本実施形態では、鋼板部材10を誘導加熱する際、一対の板状コイル31の間における非配置領域(鋼板部材10の切り欠き部11)にダミー鋼板20を挿入しておく。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ダミー鋼板20は、例えば鋼板部材10と同一種類の鋼板からなるが、鋼板部材10と異なる種類の鋼板から構成してもよい。さらに、ダミー鋼板20に代えて、誘導加熱可能な鋼以外の材料からなるダミー板を用いてもよい。例えば、鋼以外の金属材料やカーボンなどからなるダミー板を用いることができる。
The
ここで、図4、図5を参照して、比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法について説明する。図4は、比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法における鋼板部材10及び板状コイル31の位置関係を示す平面図であって、図2に対応する図である。図5は、図4のV-V断面図であって、図3に対応する図である。
Here, the induction heating method of the steel plate member according to the comparative example will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a plan view showing the positional relationship between the
比較例における誘導加熱装置30の構成は、図1に示したものと同じである。図4、図5に示した鋼板部材10も、図1~図3に示した鋼板部材10と同じであって、切り欠き部11を有している。図4、図5に示すように、比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法では、鋼板部材10を誘導加熱する際、一対の板状コイル31の間における非配置領域(鋼板部材10の切り欠き部11)にダミー鋼板20を挿入しない。
The configuration of the
比較例では、鋼板部材10を誘導加熱する際、一対の板状コイル31の間における非配置領域(鋼板部材10の切り欠き部11)と、鋼板部材10が配置された配置領域とでは、一対の板状コイル31の抵抗が変化する。
In the comparative example, when the
より詳細には、図5に示すように、一対の板状コイル31の配置領域では、鋼板部材10からの反磁界によって抵抗が高くなる。他方、一対の板状コイル31の非配置領域では、鋼板部材10からの反磁界の影響が小さい。そのため、一対の板状コイル31において、配置領域よりも非配置領域の方が、相対的に抵抗が小さくなり、非配置領域に電流が集中する。その結果、鋼板部材10を均一に加熱することができなかった。具体的には、鋼板部材10の非配置領域(鋼板部材10の切り欠き部11)近傍における加熱温度が低下してしまう。
More specifically, as shown in FIG. 5, in the arrangement region of the pair of plate-shaped
これに対し、図3に示すように、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法では、鋼板部材10を誘導加熱する際、一対の板状コイル31の間における非配置領域(鋼板部材10の切り欠き部11)にダミー鋼板20を挿入しておく。そのため、一対の板状コイル31の配置領域と非配置領域とにおける抵抗が同等になり、電流も同等になる。その結果、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法では、鋼板部材10を均一に加熱することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, in the induction heating method for the steel plate member according to the present embodiment, when the
<鋼板部材の具体例>
次に、図6を参照して、第1の実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法を用いて加熱する鋼板部材の具体例の構成について説明する。図6は、鋼板部材の一例の斜視図である。図6に示した鋼板部材50は、車両用部材であるピラー用鋼板部材であって、より詳細にはセンターピラーリインフォースメントである。図6に示した矢印は、車両における各方向を示している。
<Specific examples of steel plate members>
Next, with reference to FIG. 6, the configuration of a specific example of the steel sheet member to be heated by using the induction heating method of the steel sheet member according to the first embodiment will be described. FIG. 6 is a perspective view of an example of a steel plate member. The
図6に示すように、鋼板部材50は、本体部51、上部フランジ部52、下部フランジ部53を備えている。
なお、図6に示した鋼板部材50の用途や形状はあくまでも一例であって、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法の適用対象となる鋼板部材の用途や形状は何ら限定されることはない。
As shown in FIG. 6, the
The use and shape of the
図6に示すように、本体部51は、上下方向に延設された天板51a、側壁51b、及びフランジ部51cを備えた断面ハット型形状の部位である。より詳細には、上下方向に延設された天板51aの幅方向の端部から一対の側壁51bが内向きに形成されている。さらに、それぞれの側壁51bの端部からフランジ部51cが外側に張り出している。
As shown in FIG. 6, the
また、本体部51は、全体的に外側に張り出すようにやや湾曲している。さらに、本体部51の上端部及び下端部は、幅方向(前後方向)に拡がって平面視T字状に形成されている。ここで、上端部よりも下端部の方が幅方向(前後方向)に拡がっている。
Further, the
上部フランジ部52は、本体部51の上端部から外側に立ち上がった板面と、その面の外側の端部から上側(本体部51の長手方向外側)に張り出した板面とを備えている。すなわち、上部フランジ部52は、幅方向(前後方向)に延設された断面L字状の部位である。
The
下部フランジ部53は、天板51aの下端部から下側(長手方向外側)に延長して張り出すと共に、幅方向(前後方向)に延設された平板状の部位である。下部フランジ部53の下側には切り欠き部53aが設けられている。
The
図6には、鋼板部材50の焼き戻しに用いる一対の板状コイル310(上側板状コイル310a、下側板状コイル310b)が二点鎖線で示されている。鋼板部材50において、一対の板状コイル310の間に位置する下部フランジ部53及び本体部51の下部は軟質領域である。それ以外の領域は硬質領域である。下部フランジ部53の切り欠き部53aは、一対の板状コイル310の間において鋼板部材50が配置されていない非配置領域を構成する。
In FIG. 6, a pair of plate-shaped coils 310 (upper plate-shaped
<シミュレーション結果>
次に、図7を参照して、図6に示した鋼板部材50を誘導加熱した熱解析シミュレーション結果について説明する。図7は、実施例及び比較例に係る鋼板部材の誘導加熱方法におけるシミュレーション結果を示す図である。図7の上段には構成図が示されている。中段及び下段には比較例及び実施例の熱解析結果がそれぞれ示されている。
<Simulation result>
Next, with reference to FIG. 7, the thermal analysis simulation result in which the
図7の上段に示すように、熱解析シミュレーションでは、図6に示した上側板状コイル310aが、y軸方向に延設された4つの上側板状コイル311a、312a、313a、314aから構成されている。図7には示されていないが、図6に示した下側板状コイル310bも同様に、y軸方向に延設された4つの上側板状コイル311b、312b、313b、314bから構成されている。
As shown in the upper part of FIG. 7, in the thermal analysis simulation, the upper plate-shaped
管状コイル320は、4対の板状コイルである上側板状コイル311a、下側板状コイル311b、上側板状コイル312a、下側板状コイル312b、上側板状コイル313a、下側板状コイル313b、上側板状コイル314a、下側板状コイル314bをこの順に接続する銅管である。すなわち、管状コイル320は、これら4対の板状コイルの外側(すなわち板状コイル310の間に配置された鋼板部材50の外側)を4周するように設けられている。すなわち、管状コイル320は、それぞれ4分割された一対の板状コイル310と共に4ターンコイルを構成している。管状コイル320の両端は、高周波電源33に接続されており、全体として閉回路を構成している。
The
図7の下段に示すように、実施例では、鋼板部材10を誘導加熱する際、一対の板状コイル310の間における非配置領域にダミー鋼板20a、20b、20cを挿入した。これに対して、図7の下段に示すように、比較例では、鋼板部材10を誘導加熱する際、一対の板状コイル310の間における非配置領域にダミー鋼板を挿入しなかった。
As shown in the lower part of FIG. 7, in the embodiment, when the
図7の中段に示すように、比較例では、特に鋼板部材50の切り欠き部53a近傍における加熱温度が低く、鋼板部材50を均一に加熱することができなかった。これに対して、図7の下段に示すように、実施例では、鋼板部材50の鋼板部材50の切り欠き部53aにダミー鋼板20aを挿入した。その結果、切り欠き部53a近傍における温度が上昇し、比較例よりも鋼板部材50を均一に加熱することができた。
以上の通り、熱解析シミュレーションによって、本実施形態に係る鋼板部材の誘導加熱方法の効果が確認できた。
As shown in the middle part of FIG. 7, in the comparative example, the heating temperature in the vicinity of the
As described above, the effect of the induction heating method for the steel sheet member according to the present embodiment was confirmed by the thermal analysis simulation.
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
10 鋼板部材
11 切り欠き部
20、20a、20b、20c ダミー鋼板
30 誘導加熱装置
31、310 板状コイル
31a、310a-314a 上側板状コイル
31b、310b-314b 下側板状コイル
32 管状コイル
33 高周波電源
50 鋼板部材
51 本体部
51a 天板
51b 側壁
51c フランジ部
52 上部フランジ部
53 下部フランジ部
53a 切り欠き部
320 管状コイル
10
Claims (1)
前記一対の板状コイルの間に前記鋼板部材を配置して誘導加熱する際、
前記一対の板状コイルの間において前記鋼板部材の端部に形成された当該鋼板部材の切り欠き部に、誘導加熱可能な材料からなるダミー板を挿入しておく、
鋼板部材の誘導加熱方法。 It is an induction heating method for a steel plate member, in which a steel plate member is arranged between a pair of plate-shaped coils that are arranged facing each other and electrically connected to each other for induction heating.
When the steel plate member is placed between the pair of plate-shaped coils and induced and heated,
A dummy plate made of an induction heating material is inserted into the notch portion of the steel plate member formed at the end of the steel plate member between the pair of plate-shaped coils.
Induction heating method for steel sheet members.
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