JP7386850B2 - 鋼ブランクの成形性改善方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度鋼（ＨＳＳ）の成形性を改善する方法を扱う。

ＨＳＳは５００ＭＰａを超える最大抗張力を有し、少なくとも５％のマルテンサイトを含み、残りの部分はフェライト、ベイナイト又は残留オーステナイトのような他の相の組合せからなる。それらは自動車の燃料効率及び耐衝撃性を改善する可能性を提供するので、特に自動車産業でのそれらの使用は着実に増加している。

ＨＳＳは、例えば、鋼ブランクを形成すること、例えば、該鋼ブランクをスタンピング又は屈曲又は圧延成形することによって部品に成形される。それらが含む異なる相間に非常に高い硬さの勾配があるため、ＨＳＳは、特に成形中の亀裂の形成に敏感である。さらに特に、ＨＳＳは、ブランクのエッジで開始され、次いで最終部品の内部で伝播する（これによりその部品は使用不適になる）可能性がある亀裂の形成に非常に敏感である。実際、ブランクのカットエッジは２つの重要な機械的状態を組み合わせており、これらの条件によりブランクは変形中の亀裂形成に特に敏感になる。第１の状態は、平面の歪分布であるカットエッジ上の歪分布であり、成形に最も重要であり、したがって、亀裂形成に最も影響されやすいと考えられる。第２の状態は、部品を成形する前にブランクを切断する過程によって誘起されるエッジの硬化である。例えば、機械的切断を使用する場合、切断の作用は、実際には鋼材の剪断及び引き裂きの組み合わせであり、これは、かなりの量の内部応力を誘起し、したがって、ブランクのエッジ及び周辺における材料のかなりの量の加工硬化を誘起する。このように、この領域の鋼材は、その延性の一部及び貫通亀裂形成の代わりに、変形を通して成形ステップによって誘起される応力に適応する能力の一部を、既に失っている。これらの理由により、鋼ブランクのエッジ及び周辺上の材料は、特に、成形ステップ中に亀裂の形成を起こしやすい。

成形中のエッジ上の亀裂の形成に対する鋼ブランクの感度は、ＩＳＯ １６６３０：２０１７規格試験方法によって定義される穴広げ試験によって測定することができる。該試験は、変形中に穴のエッジにおける亀裂の開始時にポンチによって変形した穴の直径と変形前の該穴の初期直径との比である穴広げ率を測定する。

部品上のエッジ亀裂の問題に直面した場合、部品の製造業者は、切断ブランクのエッジの品質を改善すること、切断工具の隙間を調整すること、部品設計を修正すること、ブランク形状を修正すること、又は成形方法を変更することを選択することができる。しかし、これらの変化を行うことは必ずしも工業的に実行可能ではなく、いずれの場合においてもエッジの亀裂問題はこれらの選択が検討された後も残る可能性がある。残された唯一の可能性は、亀裂形成が起こる領域のブランクの側面に機械的にブラシをかけることである。ブランクの切断工程によって誘起される部品のエッジ及び周辺の張力を緩和することによって、機械的ブラッシングは、実際にエッジの亀裂の問題を解決することができる。しかし、それはブランキング操作後に費用のかかる後処理ステップを導入することになる。

代案として、成形後に亀裂が生じるブランクの領域の鋼の性質を局所的に改変する方法がある。熱源を用いて鋼の特性を局所的に改変する方法を提供するいくつかの発明が公表されている。例えば、ＵＳ２０１５０７５６７８号は、表面にレーザー光を照射することにより、鋼ブランクの成形性を改善する方法を記載している。ＪＰ０９８７７３７号は、アーク又はレーザー光を用いて鋼の表面を加熱することにより、高強度鋼ブランクを局所的に軟化させる方法を記載している。

しかし、鋼ブランクの表面を熱処理することに関連するいくつかの限界がある。第一に、この方法は一度に１つのブランクしか行えないため、生産性が低い。さらに、金属被覆鋼ブランクを処理する場合、ブランクの表面で到達する高温は、被膜の大幅な、又は完全な蒸発をもたらす。処理されたブランクには、被膜によって通常保証される機能、例えば防食又は塗装性の恩恵を受けない。

米国特許出願公開第２０１５／０７５６７８号明細書 特開平０９－８７７３７号公報

これらの問題を解決するために、本発明の第１の目的が請求項１に開示される。それは、ブランクの厚さに適用される少なくとも１つの熱源を用いて、その厚さの少なくとも一部のブランクを熱処理することを含み、該ブランクのいかなる点も溶融させずに、４００℃～１５００℃の間の温度で鋼を加熱する。

その厚さの少なくとも一部のブランクを加熱すると、鋼ブランクのエッジ及び周辺の少なくとも一部に熱処理ゾーンが生じる。熱処理ゾーンで適用される熱エネルギーは、切断工程から生じる内部応力を緩和する効果を有し、したがって、熱処理ゾーンにおける鋼の延性を増加させ、それによって亀裂形成に対するその感度を低下させる効果を有する。さらに、熱エネルギーの影響により、熱処理ゾーンにおける鋼の微細組織も熱処理ゾーンにおける鋼を軟化させるように好ましく修正することができ、それによって熱処理ゾーンにおける鋼の延性の増加にさらに寄与し、亀裂形成に対するその感度をさらに低下させることができる。

被覆鋼ブランクの場合、鋼ブランクの厚さに熱処理が適用されるという事実のおかげで、鋼ブランクの被覆層に及ぼす熱処理の影響は、鋼ブランクの表面に直接適用されるであろう熱処理の影響に比べて、著しく減少する。さらに、鋼は、一般に、非常に明るく、そのためそれらが受け取る多量のエネルギーを反射する金属被膜よりも効率的な方法でエネルギーを吸収するため、金属被膜のみで構成される表面に施すよりも、鋼を主成分とする鋼板の厚さに施す方が、熱処理の熱効率は向上する。

説明に続く実施例において明らかになるように、本発明は、金属被覆ブランクの場合、部品の全体的な構造的機能を損なわず、被膜の３０％を超えて蒸発させることなく、かつ、形成後の下流工程にさらに影響を及ぼすことなく、エッジ亀裂の改善の点で非常に良好な結果をもたらすことが実証された。

また、本発明は、例えば、積み重ねられた多数のブランクを同時に処理する可能性を提供することにより、生産性の点で特に産業上の利益を持つ。また、異なる種類の熱源の使用を可能にし、異なる工業的装置に統合することができ、このことは本発明をユーザの特定のニーズに応じて非常に汎用性が高く柔軟性があるものにする。

本発明による方法は、単独で、又は任意の可能な技術的組合せで選ばれる、請求項２～１３の特徴を含むこともできる。

本発明の他の目的は、請求項１４～１６に開示されているように、本発明による方法を用いることによって得ることができる鋼ブランクである。

本発明の他の特徴及び利点は、図を参照しながら、単なる例として与えられた、以下の詳細な記述を通して現れるであろう。

単一の静的熱源を用いて前記方法が適用される単一のブランクの斜視図である。 図１の軸ＩＩ－ＩＩに沿った断面図である。 産業用ロボットに搭載されたレーザーヘッドが発する移動する焦点がぼやけたレーザー光を用いて、この方法を適用するブランクのスタックの斜視図である。 いくつかの移動する熱源を用いてこの方法を適用するブランクのスタックの斜視図である。 ブランクの静止したスタックに適用される静止した赤外線チューブのアレイを用いて、この方法を適用するブランクのスタックの斜視図である。

方法の第１のステップでは、鋼ブランク１が提供される。

鋼ブランク１は、本発明の方法の前に行われるブランキングステップを経て得られるので、本発明には含まれない。ブランキングステップの間、鋼材は、例えば、鋼のコイルとして提供され、ブランキングラインで鋼ブランク１に切断される。この産業界で現在使用されている最も一般的で経済的な技術は機械的切断である。その他の技術には、レーザー切断又は高圧水切断がある。

図１を参照すると、鋼ブランク１の塊（ボリューム）は、上面２と、該上面２とは反対側に位置する下面４との２つの主面の間に含まれる。以下の説明において、鋼ブランクの周辺厚さ６は、鋼ブランク１の輪郭の周りに伸び、該上面２の上方外側エッジ８と該下面４の下方外側エッジ１０によって形成される線を結びつける表面を指す。鋼材ブランク１のブランク厚さｔは、上面２と下面４が隔たっている距離を指す。

ブランク厚さｔは、鋼ブランク１全体にわたって一定にすることができ、又は、例えば、注文して作られた溶接ブランク（このブランクは、例えば、異なるブランク厚さｔのいくつかの鋼ブランク１を含み、これらは、それぞれの周辺厚さ６の一部に沿って互いに溶接されている）の場合、又は、例えば、注文して作られた圧延ブランクの場合（同じ鋼ブランク１内にそれぞれ異なるブランク厚さｔを有するいくつかの部分を含む）には変化させることができる。

特定の実施形態において、鋼ブランク１は、例えば、図１に描かれているように、平行六面体形状及び一定のブランク厚さｔを有する。この場合、上方の外側エッジ８及び下方の外側エッジ１０は、両方とも長方形を形成する。該鋼ブランク１の周辺厚さ６は、各々がその短辺（ブランク厚さｔと等しい長さを有する）に沿って次のエッジに当接し、各々が上方の外側エッジ８の辺のうちの１つによって形成される１つの長辺及び下方の外側エッジ１０の辺のうちの１つによって形成される残りの長辺を有する４つの長方形からなる。

別の実施形態では、鋼ブランク１は、鋼ブランク１を形成した後に得られる最終部品の輪郭と同様の輪郭をたどる上方の外側エッジ８及び下方の外側エッジ１０を有する上面２及び下面３から構成される。このような鋼ブランク１は、形状ブランクとして知られている。形状ブランクを使用すると、部品の製造業者は最終部品に行われるサイドトリミングの量を減らすか、なくすことができる。鋼ブランク１が形状ブランクの場合、上面２及び下面３は、真っ直ぐな線及び／又は湾曲した線を含むことができる上方及び下方の外側エッジ８及び１０を有する。この場合、周辺厚さ６は、上方の外側エッジ８及び下方の外側エッジ１０の対応する部分が直線である場合には平らな長方形であり、上方の外側エッジ８及び下方の外側エッジ１０の対応する部分が曲線である場合には２つの湾曲した長辺を有する長方形である一連の形状を含み、各々の形状は、その短辺に沿って次のものと当接する周辺厚さ６を含み、各長方形は、ブランク厚さｔと同じ長さの短辺を有する。

鋼ブランク１の少なくとも一部は、高強度鋼（ＨＳＳ）で作られる。ＨＳＳとは、引張強さが５００ＭＰａを超える鋼を意味する。このようなレベルの機械的性質に到達するために、ＨＳＳは面積パーセントにおいて少なくとも５％のマルテンサイトを含む微細組織を有する。ＨＳＳは、例えば、マルテンサイト及びフェライトを含む二相鋼、又はフェライト、マルテンサイト、ベイナイト及び場合により幾分かの残留オーステナイトを含む複合相鋼又はフェライト、マルテンサイト、残留オーステナイト及び場合により幾分かのベイナイトを含む変態誘起塑性（ＴＲＩＰ）鋼である。

鋼ブランク１は、例えば、０．２ｍｍ～１０．０ｍｍの間に含まれるブランク厚さｔを有する。

特定の実施形態では、図１に示すように、鋼ブランク１は、その上面２の少なくとも一部又はその下面４の一部上において金属被膜１４によって覆われる。図１は、その上面２及び下面４の両方が金属被膜１４によって覆われている鋼ブランクを示す。金属被膜１４は、例えば、最終部品に防食を提供するために適用される。金属被膜１４は、例えば、純亜鉛、又は亜鉛と鉄を含む合金、又は亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムを含む合金のような亜鉛をベースとする被膜である。別の実施形態では、金属被膜１４は、純アルミニウム、又はアルミニウムケイ素合金、又はアルミニウム亜鉛合金のようなアルミニウムをベースとする被膜である。金属被膜は、例えば、溶融めっきによって、又は電着によって、又はジェット蒸着によって施される。金属被膜層の厚さは、例えば、面当たり５ミクロン～５０ミクロンの間に含まれる。

この方法はさらに、鋼ブランク１の周辺厚さ６の少なくとも一部について熱処理操作を行うステップを含む。

熱処理操作は、少なくとも１つの熱源１６の熱エネルギーＱを、図１～図５に示すように、鋼ブランク１の周辺厚さ６の少なくとも一部の方に向けることによって行われる。熱源１６の熱エネルギーＱは、該熱源１６が向けられる該周辺厚さ６の領域である周辺の加熱された部分１８内の周辺厚さ６の温度を上昇させる効果を有する。鋼ブランク１の所定の点における温度とは、熱処理作業中に鋼ブランク１の該所定の点において達した最高温度を意味する。熱の拡散の結果、周辺の加熱された部分１８の温度の上昇は、鋼ブランク１の周囲の塊の温度の上昇を引き起こす。熱処理作業中、鋼材ブランク１の最高温度は、周辺の加熱された部分１８内で到達されるが、これは、ここが熱源１６からの熱エネルギーＱがまず鋼材ブランク１に伝達されるところであるからである。鋼ブランク１の内側に向けた垂直方向において周辺の加熱された部分１８から伸びる線に沿って、鋼ブランク１の温度を測定すると、該線に沿って周辺の加熱された部分１８までの距離が長くなると、該温度は低下する。換言すれば、周辺の加熱された部分１８から離れて鋼ブランク１の内部を進む場合、鋼ブランク１の温度は低下する。したがって、熱処理操作は、鋼ブランク１内に、周辺の加熱された部分１８上に最高温度値を有し、該周辺の加熱された部分１８から離れると減少していく値を有する温度場を作り出す効果を有する。該温度場は、図１及び図２に示すように、それに沿って温度が一定である鋼ブランク１内に延びる平面である等温面２０を含む。熱処理された塊２２は、４００℃を超える温度を有する全ての等温面２０を含む、鋼ブランク１内に含まれる塊である。換言すれば、熱処理された塊２２の内部に含まれる鋼ブランク１の全点の温度は４００℃を超え、一方、熱処理された塊２２の外側にある鋼ブランク１の全点の温度は４００℃未満である。４００℃等温面２１の周辺厚さ６までの距離ｄは、図１に示すように、周辺厚さ６から４００℃等温面２１まで垂直方向に延びる線の長さで定義される。加熱された塊２２の深さＤは、図１及び図２に示すように、４００℃等温面２１の周辺厚さ６までの最大距離ｄで定義される。

特定の実施形態では、熱処理操作は、鋼ブランク１の成形中に亀裂形成のリスクを示す既知の臨界領域に対応する周縁厚さ６の一部のみに対して行われる。有利には、これは、該周辺厚さ６の焦点領域のみに実施されるため、熱処理操作の高い生産性を確保しながら、該臨界領域における亀裂形成のリスクを低下させることにより、該鋼ブランク１の成形性を改善する効果を有するであろう。

特定の実施形態において、熱処理操作は、周辺厚さ６の全表面で行われる。換言すれば、加熱された周辺部１８の表面積は、周辺厚さ６の表面積に等しい。これは該鋼ブランク１の全エッジにおいて亀裂形成のリスクを低下させることにより、該鋼ブランク１の成形性を向上させる効果を有する。有利には、これは、次の成形工程が、エッジ亀裂が形成されるリスクに対して非常に強いことを確実にする。例えば、スタンピングパラメータの変動又は成形工具の劣化の場合にエッジ亀裂が形成されるリスクは低減される。

実施形態では、熱処理操作は、同じ加熱された周辺部１８の上で２つ以上の熱処理操作を含む。そうすることにより、熱処理ゾーン２２は、加熱相、冷却相、次いで１つ以上の再加熱相及び冷却相を含む熱サイクルに供される。このような熱サイクルは、有利には、機械的応力の緩和を高め、また熱処理ゾーン２２内のミクロ組織変態の増加につながることができ、その結果、該熱処理ゾーン２２内の鋼ブランク１の成形性がさらに改善される。

特定の実施形態において、熱処理操作は、熱処理ゾーン２２の外側の鋼ブランク１で測定された穴広げ割合と比較して、熱処理ゾーン２２で測定された穴広げ割合の少なくとも５０％の上昇をもたらす。残留応力の緩和の結果、及び鋼中の可能な微細組織変態の結果、熱処理された塊２２内の材料は、穴広げ率によって測定される、エッジ上の亀裂の発生に対してより低い感度を有する。

熱処理された塊２２は、使用する熱源１６の種類に応じて、また熱処理工程のパラメータに応じて、様々な形状を取ることができることに留意しなければならない。例えば、単一の静止した熱源１６によって行われる熱処理の場合、図１に示すように、等温面２０は、実質的に円の円弧を画定する線に沿って上面２及び下面４と交差し、したがって、熱処理された塊２２の外面は、一辺が周辺厚さ６の一部によって形成される表面により、他方の辺が、外周が４００℃等温面２１と該上面２との交点である円の一部からなる上面２の一部によって形成される表面により、他方の辺が、外周が４００℃等温面２１と該下面４との交点である円の一部からなる下面４の一部によって形成される表面により、及び最後の辺が該４００℃等温面２１からなる表面により形成される。

熱源１６と向かい合う領域において鋼ブランク１の上側エッジ８及び外側エッジ１０と略平行な方向を有する列に沿って一定速度で移動する該熱源１６によって行われる熱処理の場合、等温面２０は、上面エッジ８及び下面エッジ１０と直交する方向に延びる短軸と、該上面エッジ８及び下面エッジ１０と略平行な方向に延びる長軸とを有する楕円の弧を実質的に画定する線に沿って、上面２及び下面４と交差する。したがって、熱処理された塊２２の外面の後続の形状は、一辺が周辺厚さ６の一部により、他方の辺が、外周が４００℃等温面２１と該上面２との上記交点である楕円の一部からなる上面２の一部により、他方の辺が、外周が４００℃等温面２１と該下面４との交点である楕円の一部からなる下面４の一部により、及び最後の辺が該４００℃等温面２１からなる表面により形成される。

さらなる例では、熱処理操作が、熱源１６と向かい合う領域において鋼ブランク１の上側エッジ８及び外側エッジ１０に実質的に平行な方向を有する線に沿って可変速度で進む移動熱源１６によって実施される場合、熱処理された塊２２は、該熱源１６がより低い速度を有する周辺加熱部１８の領域に向かい合う熱処理された塊２２の領域において鋼ブランク１内に膨らみを含む形状を有する。換言すれば、該膨らみにおける周辺厚さ６までの４００℃等温面の距離ｄは該膨らみの外側よりも大きい。結果として、熱処理された塊２２の深さＤは、必然的に該膨らみの１つで測定される距離ｄの１つとなる。

熱処理された塊２２の最低温度は４００℃に設定される。何故ならば４００℃未満では、熱処理の機械的及び冶金学的効果は、工業的に適用できるほど十分に高い反応速度を有していないからである。換言すれば、４００℃未満では、残留応力を効率的に緩和し、鋼内で可能な微細組織変態を誘発するために必要な時間が長すぎて、工業的方法（生産性が高く、コスト効率が良いと期待される）での使用を保証することができない。

本発明の１つの特徴は、熱処理された塊２２の最高温度が１５００℃を超えないことである。実際、１５００℃を超えると、鋼ブランク１が局所的に溶融するリスクがあり、これは鋼ブランクを使用に適さないものにする。

本発明の別の特徴は、鋼ブランク１の全塊が熱処理操作を通して固体のままであることである。換言すれば、熱処理操作時には、熱処理された塊２２の全ての点が、該鋼ブランク１の融点を下回る温度となる。より具体的には、先に説明したように、最も温度が高い熱処理された塊２２の領域である周辺の加熱部分１８の全ての点が、鋼ブランク１の融点未満にとどまる。

特定の実施形態において、熱処理された塊２２の深さＤは、０．５ｍｍ～５０．０ｍｍの範囲内に含まれる。例えば、前述したように鋼ブランク１を機械的切断により得る場合、機械的切断により誘起される加工硬化効果の鋼ブランク１におけるおおよその侵入深さは、鋼ブランク１の厚さｔのおよそ半分であることが知られている。したがって、０．５ｍｍの熱処理ゾーン２２の深さＤは、加工硬化効果の最も深刻な領域が熱処理ゾーン２２に含まれることを保証する。一方、熱処理の目的は、該鋼ブランク１の大半ではなく、鋼ブランク１のエッジの成形性を向上させることであるため、５０．０ｍｍを超える深さＤを有する熱処理された塊２２の形成をもたらす熱処理操作を行う必要がない。さらに、深さＤを制限することにより、熱源１６が消費する電力が制限され、したがって、製造コストを制限し、生産性を高めるという点で深さＤを５０．０ｍｍに制限することは有利である。

特定の実施形態では、熱処理の持続時間は１ミリ秒から１０分の間の範囲に含まれる。加熱された周辺部１８の任意の所与の点における熱処理の持続時間とは、熱源１６の熱エネルギーＱが加熱された周辺部１８の該所定の点に向かう時間の長さを意味する。熱処理による成形性の改善に関与する機械的及び冶金学的反応は瞬時には発生しないため、反応の動力学が確実に行われるように、１ミリ秒間の最小限の量を許容することが推奨される。一方で、熱源１６が消費する電力を制限し、それにより生産性を高め、処理コストを制限するためには、熱処理の持続時間を最大１０分に制限することが推奨される。

特定の実施形態において、鋼ブランク１が、その上面２及び／又は下面４の少なくとも一部に金属被膜１４を有する場合、熱源１６の熱エネルギーＱも、図１及び２に描かれるように、周辺の加熱部１８に含まれる上面８の部分の真上に位置する上面２の金属被膜１４の加熱された上部被膜部分２４と、周辺の加熱部１８に含まれる下面１０の部分の真下に位置する下面４の金属被膜１４の加熱された下部被膜部分２６によって、必然的に直接吸収される。好ましい実施形態では、金属被膜の厚さは、周辺の加熱部１８の領域における鋼ブランク１の厚さｔの、例えば１０分の１より小さい。例えば、被膜の厚さは、加熱された上部及び下部被膜部分２４及び２６のそれぞれにおいて２０ミクロンであるのに対して、周辺の加熱部１８における鋼ブランク１の厚さｔは、１．０ｍｍであり、この場合、鋼ブランク１の厚さｔは、該加熱された上部及び下部被膜部分２４、２６の厚さよりも２５倍厚い。その結果、上部及び下部被膜部分２４及び２６で表される表面積は、周辺の加熱部１８で表される表面積よりも有意に少なく、例えば少なくとも１０分の１少ない。したがって、熱源１６の熱エネルギーＱは、主に周辺の加熱部１８に吸収される。これは、周辺の加熱部１８が、防食のために使用される金属被膜よりも低い反射率を有する鋼製であるため、生産性の観点から有利である。一方、熱エネルギーが、表面、すなわち、鋼ブランクの上面及び／又は下面によって、該鋼ブランクの一部に伝達される先行技術に記載された熱処理方法を使用する場合、熱エネルギーの全量が金属被膜によって吸収され、それによってこの方法の熱効率が著しく損なわれ、このため生産性の損失及びコストの増加が生じる。

また、熱処理された塊２２の内側で到達した最高温度より低い蒸発点又は融点を有する金属被膜１４を使用する場合、熱エネルギーを鋼ブランクの表面に向けることからなる先行技術に記載された熱処理方法は、熱処理ゾーンの最高温度にこの面の金属被膜が必然的に曝露されるため、熱エネルギーが向けられる鋼ブランクの表面上の熱処理ゾーンにおいて、かなりの量の金属被膜を蒸発又は溶融させる。一方、熱エネルギーＱは主に鋼を含む表面領域に向けられるため、本発明の適用により、金属被膜１４によって直接吸収される熱エネルギーＱの量はあまり重要ではなく、このため融点及び／又は蒸発点よりも高い温度に到達する金属被膜１４の表面領域はあまり重要ではない。したがって、蒸発及び／又は溶融した金属被膜１４の量はあまり重要ではなく、このことは最終部品の品質及び防食の点で有利である。

特定の実施形態において、本方法の説明に続く実施例で示されるように、熱処理ゾーン２２を覆う領域における熱処理後の金属被膜１４の厚さは、熱処理ゾーン２２を覆わない領域における金属被膜１４の厚さと比較して、３０％未満しか減少しない。

特定の実施形態において、図３～図５に示されるように、鋼ブランク１は、熱処理操作が実施される前に、互いに積み重ねられてブランク１２のスタックを形成する。例えば、熱源１６は、鋼ブランク１によって規定される平面に垂直な線に沿って進んでいる。換言すれば、熱源１６は、ブランク１２のスタックを上から下、又は下から上に走査する。その結果、ブランク１２のスタックを構成する各鋼ブランク１の周辺の加熱部１８は、ブランク１２のスタックを結ぶ線に沿って上から下へ、かつ鋼ブランク１の平面に対して垂直に並ぶ。有利には、この実施形態は、個々の鋼ブランク１を操作することなく、１バッチ中に数個の鋼ブランク１を処理することを可能にし、これは大幅な生産性の増加、ひいてはかなりのコスト削減を示す。この実施形態は、幾つかの熱源１６を用いて、同じ鋼ブランク１上の周辺厚さ６の幾つかの領域を同時に処理するために適用することも可能であり、各熱源１６は、ブランク１２のスタックの全ての鋼ブランク１の周辺厚さ６のいくつかの領域を１バッチで処理するために、ブランク１２の該スタックを走査することにも留意すべきである。鋼ブランクの表面に熱源を向かわせることからなる先行技術に記載された熱処理方法を使用する場合、熱源は鋼ブランクの表面に向かい合う必要があり、熱源は素ブランクのスタックの一番上のブランクに接近するだけであるため、個々の鋼ブランクを操作することなく、素材のスタック上で該熱処理操作を１つのバッチで行うことはできないことに留意すべきである。

最高温度１５００℃を超えることなく、４００℃の最低温度を有する熱処理された塊２２を鋼ブランク１内に作ることができるならば、熱源１６は、例えば、レーザー又はインダクタ又は赤外線チューブ又は任意の他の種類の熱源である。

特定の実施形態において、レーザーが熱源１６として使用される。該レーザーの出力は、例えば、５００Ｗ～２０ｋＷの範囲内にある。周辺の加熱部１８による熱エネルギーＱの吸収を支配する主要なパラメータは、該レーザーの波長である。鋼の場合、熱吸収効率は、該レーザーの波長が減少するにつれて増加する。例えば、１ミクロン以下の波長が推奨され、これは例えば、ＹＡＧ、ディスク、ファイバ、又はダイオードレーザーに対応する。特定の実施形態において、レーザーヘッドは、レーザー光が周辺の加熱部１８に影響を与えて焦点がぼやけたスポットを形成するように配置される。すなわち、周辺の加熱部１８までのレーザーヘッドの距離は、該レーザーの焦点距離よりも短いか長い。有利には、これは、大きな周辺の加熱部１８を作り出すことを可能にし、したがって生産性を増加させ、製造コストを削減する。

別の実施形態において、インダクタが熱源１６として使用される。該インダクタの出力は、例えば、１ｋＷ～２５０ｋＷの範囲に含まれる。インダクタの周波数は、熱処理ゾーン２２の深さＤを管理するために使用される主要なパラメータである。周波数が増加すると、熱処理ゾーン２２の深さＤは減少する。例えば、鋼の場合、１０００Ｈｚの周波数では、熱処理ゾーン２２の深さは約１．０ｍｍである。

さらなる実施形態において、赤外線加熱が熱源１６として使用される。個々の発熱体の出力は、例えば、１ｋＷ～１００ｋＷの範囲である。周辺の加熱部１８による熱エネルギーＱの吸収を支配する主要なパラメータは、該赤外線発熱体の波長である。鋼の場合、より低い波長に向かうとエネルギー吸収が増大する。推奨される波長は、例えば、２ミクロン～１０ミクロンの範囲に含まれる。

加熱技術は、目的の用途に応じて、また利用可能な空間及び産業機器に応じて選択される。

例えば、熱処理されるべき鋼ブランク１のエッジの領域が極めて局所的である場合、例えば必要とされる周辺の加熱部１８の大きさが上方の外側エッジ８及び下方の外側エッジ１０に平行な方向において周辺の熱処理部１８に延びる線に沿って測定したときに５０ｍｍ未満であるならば、例えば、レーザー光を非常に正確なゾーンに集光できるため、レーザー処理がよく適合する。一方、大きな面積を処理する必要がある場合、例えば、必要な周辺の加熱部１８の大きさが、上方の外側エッジ８及び下方の外側エッジ１０に平行な方向において周辺の熱処理部１８に延びる線に沿って測定したときに５０ｍｍを超える場合、赤外線チューブの放射加熱が広い面積を覆い、いくつかのチューブを直列に組み合わせて必要な量のエネルギーを提供することができるので、赤外線加熱がよく適合する。しかし、これは、生産現場で大きな空間を占める。最終的に、熱処理操作のために利用可能な空間の大きさが非常に限定される場合、ブランクを互いの上に積み重ねてブランク１２のスタックを形成する前の、ブランキングラインの出口における個々の鋼ブランク１上の小さな誘導加熱がよく適合する。

熱処理は静止モードで行うことができ、この場合、熱処理操作の間、熱源１６及び鋼ブランク１の両方が静止している。また、熱処理は動的モードで実施することができ、この場合、鋼ブランク１の移動若しくは熱源１６の移動、又は両者の複合的な移動のいずれかにより、鋼ブランク１と熱源１６との間に相対速度がある。鋼ブランク１と熱源１６との間の相対速度は、例えば、０．１ｍｍ／秒～１００ｍｍ／秒の範囲に含まれる。熱源１６は、例えば、図３及び図４に描かれているように、作動されるために、産業用ロボット２８に搭載される。

具体的な産業用途ごとに、特定の処理ウインドウは、以下の主要なパラメータ、すなわち、熱源１６の主要なパラメータ（例えば、熱源の種類、出力、波長又は周波数）、周辺の加熱部１８の大きさ及び形状並びに動的処理の場合の熱源１６と鋼ブランク１との相対速度、又は静止処理の場合の熱処理期間を用いて定義することができる。分析モデルは、これらのパラメータ間の関係を計算し、手元にある特定の産業状況のための作業処理ウインドウを決定するために設計することができる。これらの処理パラメータは、周辺の加熱部１８において到達する温度、及び熱処理された塊２２の深さＤを決定する。

図３に描かれる特定の実施形態において、熱源１６は、鋼ブランク１の周辺の加熱部１８に命中するレーザー光を通して熱エネルギーＱを誘導するレーザーであり、該鋼ブランク１は互いに積み重なってブランク１２のスタックを形成し、該熱源１６は、ブランク１２のスタックを下から上まで走査するために産業用ロボット２８に搭載される。

図４に描かれる別の実施形態において、いくつかの熱源１６を用いて、ブランク１２のスタックを形成するために積み重ねられた鋼ブランク１のいくつかの周辺の加熱部１８を同時に加熱する。該熱源１６は、ブランク１２のスタックを下から上まで走査するために、産業用ロボット２８に搭載される。

図５に描かれるさらなる実施形態において、熱源１６は静止した赤外線チューブのアレイである。熱処理操作は静止モードで行われる。処理されるべき鋼ブランク１はブランク１２のスタック中に配置され、ブランク１２の該スタックは該熱源１６の前に配置される。この実施形態では、各熱源１６は、鋼ブランク１の上面２の平面に垂直な線に沿って測定されるように、熱源１６の大きさがブランク１２のスタックの高さに実質的に等しい結果、ブランク１２のスタックの中の全ての鋼ブランク１の周辺の加熱部１８を同時に処理する。

上述の方法は、以下の実施例によって実証されるように複数の利点を提示し、中でも被覆鋼ブランクの場合、その金属被膜を著しく蒸発させることなく、そのエッジに近い鋼ブランクの成形性を大幅に改善する可能性がある。

表１を参照すると、熱源１６としてレーザー光を用いて単一の鋼ブランク１に対して熱処理を行い、熱源は周辺厚さ６に影響を与えて、加熱された周辺部１８に焦点がぼやけたレーザースポットを形成する第１の実施例が与えられている。熱処理は静止モードで行う。鋼ブランク１の２つの異なるレベルの引張強さを試験した。規格ＩＳＯ １６６３０：２０１７によって定義されているように、熱処理操作の前後における穴広げ率の進展によって熱処理の性能を測定する。

表１は、鋼ブランク１の特性、及び熱源１６を規定する重要なパラメータと共にその結果を報告する。鋼ブランク１の表面に取り付けられた一連の熱電対を用いて、鋼ブランク１内の温度場を評価した。熱処理された塊２２の深さＤを、周辺の加熱部１８で到達した温度と同様に報告する。温度を±２０℃の温度範囲として示し、この温度範囲は測定装置として使用された熱電対の精度に対応する。

表１から分かるように、鋼ブランク１の熱処理は、熱処理された塊２２における穴広げ率の著しい増加をもたらした。穴広げ率は、成形中のエッジ上の亀裂の形成に対する鋼ブランク１の感度に直接関係する。実際、試験自体の原理は、鋼ブランク１に打ち抜かれた穴のカットエッジを変形させ、この変形中のエッジにおける亀裂の形成を監視することである。

さらに、熱処理された塊２２における金属被膜１４の蒸発速度を報告する。該蒸発速度は０～２０％の間に含まれ、熱処理された塊２２を覆う金属被膜１４の部分上で、材料が部分的に被覆されたまま残り、したがって少なくとも部分的に腐食から保護されていることを保証する。表１の参照Ｉ１及びＩ２の蒸発速度の大きな差は、鋼ブランク１の金属被膜１４の組成の差による。実際、Ｉ１の場合の金属被膜１４は純亜鉛であり、これは約１０％の鉄を含む、鉄と亜鉛との合金であるＩ４の場合の金属被膜１４よりも低い融点及び蒸発温度を有する。

表２を参照して、本発明の方法の適用の第２の実施例を挙げる。この場合、鋼ブランク１は、自動車部品のスタンピングに用いられる形状ブランクである。該自動車部品は、臨界領域と呼ばれる、所定の領域におけるスタンピング中の亀裂の形成に影響されやすい。熱処理操作は、自動車部品における該臨界領域に対応する鋼板ブランク１の周辺の加熱部１８に対して行った。熱源１６は加熱された周辺部１８に焦点のぼやけたレーザースポットを形成し、ブランク１２のスタックを走査するレーザーである。鋼ブランク１は純亜鉛製の金属被膜１４を担持する。熱処理操作を受けなかった鋼ブランク１のスタンピング後の臨界領域におけるエッジ亀裂の発生と、本方法による熱処理を受けた鋼ブランク１のスタンピング後のエッジ亀裂の発生を比較することにより、エッジ亀裂の形成を低減する方法の効率を評価した。

表２に見られるように、臨界領域に向かい合うエッジ亀裂の問題は、本発明の実施により解決される。さらに、熱処理された領域における金属被膜の蒸発速度は２０％未満のままである。

Claims (10)

1. 鋼ブランク（１）の成形性を改善する方法であって、鋼ブランク（１）は面積百分率で少なくとも５％のマルテンサイトを含み、幾分かのフェライト、ベイナイト及び残留オーステナイトを含むことがある微細組織を有し、少なくとも５００ＭＰａの極限引張強度を有し、亜鉛をベースとする金属被膜（１４）を上面（２）及び／又は下面（４）に有し、鋼ブランク（１）の周辺厚さ（６）の少なくとも一部に少なくとも１つの熱源（１６）によって提供される熱エネルギーＱを誘導して、周辺の加熱部（１８）及び熱処理された塊（２２）を形成することにより鋼ブランク（１）に熱処理操作を行い、熱処理操作の間、熱処理された塊（２２）は、４００℃の等温面（２１）で囲まれ、かつ、４００℃を超え、１５００℃までの領域であり、熱処理操作の間、鋼ブランク（１）の全塊が固体のままであり、いくつかの鋼ブランク（１）がブランクのスタック（１２）として積み重ねられ、少なくとも１つの熱源（１６）によってバッチとして熱処理され、熱処理された塊（２２）を覆う領域の熱処理後の該金属被膜（１４）の厚さは、熱処理された塊（２２）を覆わない領域の該金属被膜（１４）の厚さと比較して３０％未満減少する方法。
2. 熱処理された塊（２２）の深さＤが０．５ｍｍ～５０．０ｍｍの範囲に含まれ、ここで、深さＤが、４００℃の等温面（２１）の周辺厚さ（６）に対する最大距離（ｄ）で規定される、
   請求項１に記載の方法。
3. 熱処理の持続時間が１ミリ秒～１０分の間に含まれる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 熱源（１６）が移動し、鋼ブランク（１）が静止する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 熱源（１６）が静止し、鋼ブランク（１）が熱源（１６）の前で移動する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
6. 熱源（１６）及び鋼ブランク（１）の両者が静止する、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
7. 熱源（１６）が、少なくとも２回、同じ周辺の加熱部（１８）に向けられる、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 周辺厚さ（６）を形成する表面全体が、少なくとも１つの熱源（１６）によって熱処理される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 熱源（１６）が、焦点をぼかしたレーザー光を放出し、産業用ロボット（２８）に搭載されたレーザーである、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 熱源（１６）が、鋼ブランク（１）がその前を移動する静止した赤外線チューブのアレイである、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

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