JPWO2010150683A1 - 鋼板の熱間プレス成形方法、鋼板の熱間プレス成形装置、及び鋼成形部材 - Google Patents

Abstract

Ａ１変態点以上の温度に均一に加熱された平板状のめっき鋼板Ｋの熱間プレス成形を行う前に、部分急冷ステージ（１１）によりめっき鋼板Ｋの所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）以下に急冷し、めっき鋼板（Ｋ）の急冷された部位をマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）より高い温度に復熱させ、めっき鋼板（Ｋ）の復熱を行った後に、成形急冷ステージ（１３）においてめっき鋼板（Ｋ）の成形とマルテンサイト変態の終了温度（Ｍｆ点）以下までの急冷とを同時に行う。

Description

本発明は、熱間プレス成形において、鋼板の任意の部位に焼き戻しマルテンサイトを含む組織を形成することで、後工程において当該部位の加工を容易とする成形方法、成形装置、及び成形部材に関するものである。

近年、高張力鋼板を用いた自動車部品材等の鋼板成形手段として採用が拡大している熱間プレス成形では、冷間プレス成形よりも高い温度で鋼板を成形する。熱間プレス成形を行えば、プレス成形時の鋼板の変形抵抗が低下し、この変形抵抗の低下によって、プレス割れ、しわ等の成形不具合を発生させることなく所望の形状に、かつ、金型の形状により則った形状にプレス成形することができる。

熱間プレス成形方法では、予め加熱炉によって所定の温度に加熱された鋼板を成形用金型のダイ上に載置した状態でポンチを下死点まで降下し、その状態を保持したまま成形用金型の内部に冷媒を供給することで鋼板を一定時間急冷する。この急冷による焼き入れによって鋼板の組織がマルテンサイトに変化することで鋼板の硬度が上昇し、成形品の強度を大幅に向上させることができる。

しかしながら、鋼板の全体に亘って急冷すると、部位によっては成形品の硬度の向上により、好ましくない場合が生ずる。例えば、溶接接合局部の周辺の屈曲性が低下して継手強度が低下したり、穴あけ加工やせん断加工等の後工程において当該成形品の加工が困難となったり、加工用工具の寿命が低下したりする。このため、特許文献１では、熱間プレス成形の後工程において機械加工が必要となる部位が成形用金型に接触しないように金型に空隙を設けることで鋼板に焼き入れを行わないようにすることが提案されている。また、特許文献１では、後工程での機械加工が必要な部位に発熱体を押圧させるようにすることも提案されている。特許文献１では、これらの方法を採用することで、冷却速度を低下、即ち当該部位の硬度を低下させ、後工程において鋼板の機械加工を容易にすることができるとしている。

また、特許文献２においては、鋼板の一部分に断熱材を装着した状態で加熱して鋼板の温度上昇を抑えることで、断熱材を装着した部分への焼き入れを抑制し、当該部位に加工性のよい軟質部を形成する方法が提案されている。

特開２００３−３２８０３１号公報 特開２００９−６１４７３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される、金型に空隙を設ける方法では、例えば硬度を低下させたい部位が金型に接触しない。このため、硬度を低下させたい部位とプレス成形により曲げ加工が施される部位とが重複している場合、鋼板を高精度で成形することができないという問題がある。また、硬度を低下させたい部位とプレス成形により曲げ加工が施される部位とが重複しないようにすると、硬度を低下させたい部位に制限が課せられるため、設計の自由度が低下するという問題がある。また、特許文献１に開示される、金型に空隙を設ける方法では、後工程で機械加工が必要な部位の大きさや場所に応じて、熱間プレスを行う金型（成形と焼き入れを同時に行うための金型）を用意しなければならない。この金型製作に多大な費用を要するという問題がある。また、特許文献１に開示される、発熱体を押圧させる方法では、発熱体を鋼板に対して鉛直方向に接触させるので、例えば成形品の側面に硬度を低下させたい部位を形成することができず、設計の自由度という点で問題があった。

また、一般に、熱間プレス成形のために鋼板を加熱炉で加熱する際に、鋼板の表面にはスケールが発生する。このスケールは、成形後の後工程、例えば塗装処理工程などに悪影響を与えるため、極力スケールを発生させないようにすることが好ましい。したがって、スケールの発生を抑制するため、表面にめっきを施した鋼板が用いられるのが通常である。めっきを施した鋼板では、加熱により鋼板とめっき層との合金化が進行する。このようなめっきと鋼板との合金化の度合いは、成形品の耐食性、塗装性、溶接性等に影響を与える。このため、加熱時に鋼板の熱履歴を均等にして、鋼板とめっき層との合金化の度合いを鋼板の全面に亘って均一化することは、製品の品質上極めて重要である。

しかしながら、特許文献２に開示される方法では、鋼板の断熱材が装着された箇所と装着されていない箇所とにおける加熱時の鋼板の温度履歴が異なる。このため、鋼板とめっき層との合金化の度合を鋼板の全体に亘って均一化することができず、製品の品質に影響を与えるという問題があった。このように場所によって加熱時の温度履歴が異なることを防止することは、安定した品質を確保するという観点から、めっきを施した鋼板に限らず、裸鋼板においても重要である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、鋼板に対して熱間プレス成形を行うに際し、加熱時の最高到達温度を部位によって変えずに、所定の部位の硬度をその他の部位よりも低下させることを目的としている。

前記の目的を達成するための本発明の鋼板の熱間プレス成形方法は、Ａ_１変態点以上の温度に加熱された鋼板の成形及び焼き入れを同時に行う鋼板の熱間プレス成形において、Ａ_１変態点以上の温度に均一に加熱された平板状の鋼板を成形する前に、当該鋼板の所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）以下に急冷する部分急冷工程と、前記鋼板の急冷された所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）より高い温度に戻す復熱工程と、前記鋼板の復熱を行った後に、当該鋼板の成形とマルテンサイト変態の終了温度（Ｍｆ点）以下までの急冷とを同時に行う成形急冷工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、Ａ_１変態点以上の温度に加熱された鋼板を成形する前に、当該鋼板の所定の部位に急冷及び復熱を施し、その後、当該鋼板の成形と急冷とを同時に行う。したがって、復熱を行った部位を焼き戻しマルテンサイトを含む組織に、その他の部位をマルテンサイト組織とすることができる。このため、後工程において機械加工が必要となる部位や溶接を行う部位を焼き戻しマルテンサイトを含む組織とすることができる。よって、成形品全体としては必要な強度を維持しつつ、後工程における加工性や溶接継手の強度などを確保した成形品を形成することができる。また、鋼板の部分急冷工程及び復熱工程は、鋼板が平板状の状態で行われるので、例えば、プレス成形により曲げ加工が施される部位や、成形後に垂直面となる部位など、任意の位置に焼き戻しマルテンサイトを含む組織を生成することができる。したがって、設計の自由度も大きい。さらに、鋼板は予め所定の温度に均一に加熱されているため、鋼板としてめっき鋼板を用いた場合でも、めっきの合金化の度合いを鋼板の全面に亘って均一にすることができる。

ここで、前記部分急冷工程は、上部冷却体を、前記鋼板の前記所定の部位に対して上から接触させると共に、下部冷却体を、前記鋼板の前記所定の部位に対して下から接触させ、前記上部冷却体の前記鋼板との接触面と、前記下部冷却体の前記鋼板との接触面とのいずれかまたは両方に形成された凹凸によって前記鋼板と前記上部冷却体または前記下部冷却体との間に形成された隙間に冷媒を噴出するようにしてもよい。また、前記鋼板との接触面に凹凸が形成されている冷却体に形成された冷媒吸引口から前記噴出した冷媒を吸引し、排出するようにしてもよい。

前記成形急冷工程は、ポンチとダイとを用いて、前記鋼板を上下からプレスすると共に、前記ポンチの成形面と前記ダイの成形面とのいずれかまたは両方に形成された凹凸によって前記鋼板と前記ポンチまたは前記ダイとの間に形成された隙間に冷媒を噴出するようにしてもよい。また、前記鋼板との接触面に凹凸が形成されている金型に形成された冷媒吸引口から前記噴出した冷媒を吸引し、排出するようにしてもよい。

また、前記部分急冷工程、前記復熱工程、及び前記成形急冷工程における所要時間を同一にしてもよい。

また、前記復熱工程は、前記鋼板を所定の処理位置に所定時間載置することにより行ってもよい。この際、少なくとも、前記鋼板に対する前記冷媒の噴出量に基づいて、前記部分急冷工程、前記復熱工程、及び前記成形急冷工程における所要時間を同一にすることができる。また、前記所定の処理位置に載置された鋼板を、非接触の加熱装置により加熱してもよい。なお、非接触の加熱装置とは、例えば、近赤外線ランプによる加熱、レーザーによる加熱や、誘導加熱といった、加熱対象物と接触することなく当該加熱対象物を加熱することができるものを指す。このように非接触の加熱装置を用いる場合には、少なくとも、前記非接触の加熱装置による加熱量に基づいて、前記部分急冷工程、前記復熱工程、及び前記成形急冷工程における所要時間を同一にすることができる。

さらに、前記鋼板の急冷される所定の部位を、その内側の急冷されない領域を巡る一続きの領域としてもよい。

また、本発明の鋼板の熱間プレス成形装置は、Ａ_１変態点以上の温度に均一に加熱された平板状の鋼板の所定の部位に対して、上部冷却体を上から接触させると共に下部冷却体を下から接触させて、当該鋼板の所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）以下に急冷する部分急冷ステージと、前記所定の部位が急冷された前記鋼板を所定の処理位置に載置し、前記鋼板の急冷された所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）より高い温度に復熱させる復熱ステージと、ダイとポンチとを備えた急冷金型により、前記所定の部位が復熱した後の前記鋼板の成形とマルテンサイト変態の終了温度（Ｍｆ点）以下までの急冷とを同時に行う成形急冷ステージと、前記鋼板を、前記部分急冷ステージから前記復熱ステージ、前記復熱ステージから前記成形急冷ステージに順次搬送する搬送機構と、を有することを特徴としている。

ここで、前記鋼板に冷媒を供給する冷媒供給源と、前記供給された冷媒を吸引し、排出する吸引機構と、をさらに有し、前記上部冷却体の前記鋼板との接触面と、前記下部冷却体の前記鋼板との接触面とのいずれかまたは両方に、凹凸と、前記鋼板に対する冷媒の噴出口となる冷媒供給口と、噴出された冷媒の吸引および排出口となる冷媒吸引口と、が形成され、前記ポンチの成形面と前記ダイの成形面のいずれかまたは両方に、凹凸と、前記鋼板に対する冷媒の噴出口となる冷媒供給口と、噴出された冷媒の吸引口となる冷媒吸引および排出口と、が形成され、前記冷媒供給源は、前記凹凸により形成された隙間に前記冷媒を噴出するようにしてもよい。また、前記復熱ステージに、前記部分急冷ステージで急冷された所定の部位を加熱する非接触の加熱装置を設けるようにしてもよい。

本発明の鋼成形部材は、前記鋼板の熱間プレス成形方法で成形された鋼成形部材であって、前記成形された後の前記所定の部位の硬度は、その他の部位の硬度よりも、Ｈｖで２０以上小さいことを特徴としている。

本発明によれば、鋼板に対して熱間プレス成形を行うに際し、加熱時の最高到達温度を部位によって変えずに、所定の部位の硬度をその他の部位よりも低下させることができる。

図１は、本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置の構成の概略を示す側面図である。 図２は、本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置の構成の概略を示す平面図である。 図３は、部分急冷ステージの構成の概略を示す説明図である。 図４は、部分急冷ステージの構成の概略を示す説明図である。 図５は、本発明の適用対象となる急冷金型のダイ表面の拡大図である。 図６は、本発明の適用対象となる急冷金型のダイの説明図である。 図７は、めっき鋼板に同心円状の部分急冷部を形成した状態を示す説明図である。 図８は、本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置をトランスファープレスに適用した場合の説明図である。 図９は、実施例に用いるめっき鋼板の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は実施の形態にかかる熱間プレス成形装置１の構成の概略を示す側面図である。図２は実施の形態にかかる熱間プレス成形装置１の構成の概略を示す平面図である。

熱間プレス成形装置１は、投入ステージ（段）１０と、部分急冷ステージ（段）１１と、復熱ステージ（段）１２と、成形急冷ステージ（段）１３と、搬送機構１４と、を有している。
投入ステージ（段）１０は、加熱装置（図示せず）により所定の温度に加熱された平板状の鋼板（ここでは、めっき鋼板Ｋ）が投入されるステージ（段）である。部分急冷ステージ（段）１１は、投入ステージ（段）１０から搬送されためっき鋼板Ｋの所定の部位を急冷するステージ（段）である。復熱ステージ（段）１２は、部分急冷ステージ（段）１１で急冷されためっき鋼板Ｋの所定の部位を所定の温度よりも高い温度に戻す、いわゆる復熱を行うステージ（段）である。成形急冷ステージ（段）１３は、復熱ステージ（段）１２で復熱されためっき鋼板Ｋの成形と急冷とを同時に行うステージ（段）である。搬送機構１４は、熱間プレス成形装置１内でめっき鋼板Ｋの搬送を行うものである。投入ステージ１０、部分急冷ステージ１１、復熱ステージ１２、及び成形急冷ステージ１３は、基台１５の上面に、めっき鋼板Ｋの流れ方向Ｈ（図１のＸ軸の正方向（矢印の方向））に沿って順に等間隔で配置されている。基台１５の上方には、上部支持体１６が設けられている。上部支持体１６は、後述する上スタンプ３７及びポンチ６２を支持している。

なお、本実施の形態におけるめっき鋼板Ｋは、例えば質量％でＣ：０．０５〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜１％、Ｍｎ：０．７〜２％、Ｐ：０．００３〜０．１％、Ｓ：０．００３〜０．１％を含有する鋼にめっき層の厚みが３０μｍ以下のＡｌを主体とするめっきを施した鋼板である。熱間プレス前の鋼板を加熱するにあたっての目標温度は８５０℃以上１０００℃以下である。このような範囲の温度に全面が均一に加熱されためっき鋼板Ｋが投入ステージ１０に搬送される。

投入ステージ１０は、一対の支持台２０を有しており、夫々の支持台２０の上面には、めっき鋼板Ｋに予め施されたプレピアス孔Ｐとの間で位置決めを行うための位置決めピン２１と、その上端でめっき鋼板Ｋを支持する支持ピン２２とが設けられている。支持台２０は、例えば平面視において矩形状に形成されており、その長手方向がめっき鋼板Ｋの流れ方向Ｈと一致するように基台１５上に配置されている。

位置決めピン２１は、例えば支持台２０の中心位置に設けられている。支持ピン２２は、支持台２０の長手方向に沿って位置決めピン２１の両側に設けられている。図２においては、一の支持台２０に対して二つの支持ピン２２を描図しているが、位置決めピン２１及び支持ピン２２の数及び配置は本実施の形態に限定されるものではない。支持ピン２２の上端は、当該支持ピン２２とめっき鋼板Ｋとの間での接触面積を減らして熱の伝達が最小限となるように、めっき鋼板Ｋの裏面と点接触する。そのため、支持ピン２２の上端は、例えば球状に形成されている。

部分急冷ステージ１１は、投入ステージ１０と同様に一対の支持台３０と、めっき鋼板Ｋの所定の部位に接触させることでめっき鋼板Ｋの所定の部位を急冷する冷却体としての急冷スタンプ３１と、を有している。支持台３０の上面には支持台２０と同様の形状の位置決めピン３２と支持ピン３３とが夫々設けられている。一対の支持台３０の下面には、平面視において例えば略Ｕ字状に一部が窪んだ略矩形状の板である台座３４が設けられている。台座３４と基台１５との間には、荷重により鉛直方向に伸縮自在なばね体３５が設けられている。支持台３０の長手方向の両側であって台座３４の上面には、鉛直上方に延伸する丸棒状のプッシュロッド３６が設けられている。プッシュロッド３６は、その上端が支持ピン３３の上端よりも低くなるように形成されている。

急冷スタンプ３１は、上スタンプ３７と下スタンプ３８とを有している。下スタンプ３８の上面３８ａは、例えば略円盤状に形成されている。下スタンプ３８の上面３８ａは、支持ピン３３に載置されるめっき鋼板Ｋの下面と平行となっており、且つ、支持ピン３３の上端よりも低い位置に位置している。これにより、めっき鋼板Ｋが支持ピン３３に載置された際に、図３に示すようにめっき鋼板Ｋと下スタンプ３８の上面３８ａとが接触しないようになっている。このため、めっき鋼板Ｋが支持ピン３３上に載置されている状態では、めっき鋼板Ｋは急冷スタンプ３１により冷却されることがない。下スタンプ３８は、例えば台座３４のＵ字状の窪みの内側であって基台１５の上面に直接配置されている。

上スタンプ３７は下スタンプ３８の鉛直方向上方に設けられ、その下面３７ａは下スタンプ３８と同一の形状を有している。上スタンプ３７の下面３７ａは、支持ピン３３に載置されるめっき鋼板Ｋの上面と平行となっている。上スタンプ３７の上部は上部支持体１６により支持されている。上部支持体１６を昇降機構（図示せず）により鉛直方向（図１のＹ軸の正負の方向）に上下動させることで上スタンプ３７を上下動できる。

上部支持体１６の下面の位置であってプッシュロッド３６に対応する位置には、上部プッシュロッド３６ａが鉛直方向下方に延伸して設けられている。上部支持体１６を降下させて上部プッシュロッド３６ａによりプッシュロッド３６を鉛直下方に押圧することで、ばね体３５を撓ませ、台座３４を下方に押し下げることができる。上部プッシュロッド３６ａの延伸方向の長さは、上部支持体１６を降下させた際、上スタンプ３７が支持ピン３３上のめっき鋼板Ｋの上面に接触する前にプッシュロッド３６の上端と接触する長さになっている。このため、上部支持体１６を降下させると、先ず、上部プッシュロッド３６ａがプッシュロッド３６を押圧して台座３４を押し下げ、支持ピン３３に載置されるめっき鋼板Ｋが台座３４と共に押し下げられることで、めっき鋼板Ｋが下スタンプ３８に対して相対的に降下する。そして、上部支持体１６の降下を続けると、支持ピン３３上のめっき鋼板Ｋが下スタンプ３８の上面３８ａに受け渡され、次いで、図４に示すように上スタンプ３７の下面３７ａとめっき鋼板Ｋの上面とが接触する。なお、本実施の形態においては、台座３４は略Ｕ字状に窪んだ略矩形状の板であるが、台座３４は下スタンプ３８と干渉することなく上下動できるものであればどのような形状でもよく、本実施の形態に限定されるものではない。

下スタンプ３８の上面３８ａには、例えば図５及び図６に示すように、めっき鋼板Ｋに対して冷媒を供給する冷媒供給口４０と、供給された冷媒を吸引して排出する冷媒吸引口４１と、が設けられている。冷媒吸引口４１は吸引機構４７に接続されている。冷媒供給口４０は、下スタンプ３８の内部に設けられた冷媒の流路４２に連通している。流路４２には冷媒供給管４３が接続され、冷媒供給管４３に設けられた供給弁４４を開けることにより、冷媒供給源４６からめっき鋼板Ｋに冷媒が供給される。また、下スタンプ３８の上面３８ａには、一定の高さの独立した複数の凸部３８ｂが形成されている。これにより、上スタンプ３７の下面３７ａがめっき鋼板Ｋに接触する位置まで降下した際に、複数の凸部３８ｂの間の凹部、即ち複数の凸部３８ｂにより、下スタンプ３８の上面３８ａとめっき鋼板Ｋとの間に形成される隙間に、冷媒供給口４０から供給される冷媒を流すことができる。したがって、めっき鋼板Ｋの所定の部位の冷却を短時間で行える、即ち急冷することができる。冷媒供給口４０から供給された冷媒は、冷媒吸引口４１から吸引され下スタンプ３８の外部に排出される。なお、本実施の形態の冷媒としては、例えば水などを用いることができる。

上スタンプ３７の内部には、例えば図３及び図４に示すように、上スタンプ３７の下面３７ａを冷却するための冷却管４５が設けられている。上スタンプ３７の下面３７ａをめっき鋼板Ｋに接触させる際に冷却管４５に冷媒を供給することで、めっき鋼板Ｋの冷却を行える。

復熱ステージ１２は、投入ステージ１０と同一の構成を有しており、一対の支持台５０と、支持台５０の上面に設けられた位置決めピン５１及び支持ピン５２を有している。

成形急冷ステージ１３は、めっき鋼板Ｋの成形及び急冷を同時に行う急冷金型６０を有している。急冷金型６０は下側の金型であるダイ６１と、上側の金型であるポンチ６２とを有している。ダイ６１は、図５及び図６に示す下スタンプ３８と同様の構成を有している。即ち、ダイ６１は、冷媒供給口６３と、冷媒供給口６３から供給された冷媒を吸引して排出する冷媒吸引口６４と、冷媒供給口６３と連通する流路６５と、流路６５に接続された冷媒供給管６６と、冷媒供給管６６に設けられた供給弁６７とを有する。
冷媒供給口６３は、ポンチ６２を下死点まで降下してめっき鋼板Ｋを熱間プレス成形する際に、めっき鋼板Ｋに対して冷媒を供給する。冷媒吸引口６４は、下スタンプ３８の冷媒吸引口４１と同様に、吸引機構８１に接続されている。ダイ６１の成形面６１ａには、下スタンプ３８の上面３８ａと同様に、一定の高さの独立した複数の凸部６１ｂが形成されている。複数の凸部６１ｂにより、ダイ６１の成形面６１ａとめっき鋼板Ｋとの間に形成される隙間に、冷媒供給源８２から冷媒供給口６３を介して供給される冷媒を流し、めっき鋼板Ｋを急冷する。なお、図５では、表記の都合上、下スタンプ３８とダイ６１とを全く同じものとして示しているが、実際には、これらの形状及び大きさは異なる。

ポンチ６２の内部には、上スタンプ３７と同様に、ポンチ６２の成形面６２ａを冷却するための冷却管（図示せず）が設けられている。ポンチ６２の成形面６２ａをめっき鋼板Ｋに接触させる際に図示しない冷却管に冷媒を供給することで、めっき鋼板Ｋの冷却を行える。ポンチ６２の上部は、上スタンプ３７と同様に、その上部が上部支持体１６により支持されている。上部支持体１６を図示しない昇降機構により鉛直方向に上下動させることでポンチ６２も上下動する。このため、上スタンプ３７とポンチ６２とは、上部支持体１６が上下動することで、同期して上下動を行う構造となっている。

ダイ６１には、ダイ６１の内部を貫通して鉛直上方に突出し、ダイ６１に対して摺動自在な位置決めピン６８が設けられている。位置決めピン６８は、図示しないばねを介して基台１５の上面に支持されている。ポンチ６２が降下して位置決めピン６８を押圧することで、位置決めピン６８と共にめっき鋼板Ｋが下方に押し下げられ、急冷金型６０によりめっき鋼板Ｋの成形が行われる。

搬送機構１４は、図２に示すように、めっき鋼板Ｋを把持する把持部７０と、一対の搬送支持体７１とを有している。一対の搬送支持体７１は、把持部７０を支持し駆動機構（図示せず）によりめっき鋼板Ｋの流れ方向Ｈ及び流れ方向Ｈに直交する水平方向（図２に向かって上下の方向）に沿って往復動自在に構成されている。搬送支持体７１は、投入ステージ１０や成形急冷ステージ１３などを挟み込むように、対向して配置されている。把持部７０は、例えば３つの把持部７０ａ、７０ｂ、７０ｃを有している。３つの把持部７０ａ、７０ｂ、７０ｃは、一対の搬送支持体７１の各々に、めっき鋼板Ｋの流れ方向Ｈに沿って順に等間隔で設けられている。このため、搬送支持体７１を図示しない駆動機構によりめっき鋼板Ｋの流れ方向Ｈと平行に往復動させることで、把持部７０ａは投入ステージ１０から部分急冷ステージ１１へ、把持部７０ｂは部分急冷ステージ１１から復熱ステージ１２へ、把持部７１０ｃは復熱ステージ１２から成形急冷ステージ１３へと、複数のめっき鋼板Ｋを夫々同時に搬送可能となっている。

本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置１は以上のように構成されており、次に本発明の熱間プレス成形の原理を簡単に説明する。

鋼材はＡ_１変態点（Ａ_１ transformation point；本発明における実施形態の場合、６９０〜７２０［℃］）以上に加熱することでオーステナイト相の生成が始まり、Ａ_３変態点（本発明における実施形態の場合、７３０〜８９０［℃］）以上に加熱することでオーステナイト単相組織となる。このオーステナイトをマルテンサイトへの変態の開始温度Ｍｓ点（Martensite-transformation Starting Point）以下まで急冷する、いわゆる焼き入れ（quenching）を行うことで、硬度の高いマルテンサイト組織が鋼材に生成される。一方、例えば鋼材の温度をＡ_１変態点以上、或いはＡ_３変態点以上から、Ｍｓ点以下まで低下させた後に、鋼材を加熱して鋼材の温度をＭｓ点以上に上昇させる、いわゆる復熱を行い、その後再び急冷して鋼材の温度をマルテンサイト変態の終了温度Ｍｆ点（Martensite-transformation finishing Point）以下とする、いわゆる焼き戻し（tempering）を行うことにより、鋼材はマルテンサイト組織より硬度が低い焼き戻しマルテンサイトを含む組織となる。

したがって、本実施の形態では、熱間プレス成形の過程において、鋼板の一部、例えば、後工程において機械加工が必要となる部位や溶接を行う部位を選択的に焼き戻して、焼き戻しマルテンサイトを含む組織を形成する。このようにすれば、例えば、後工程において機械加工の必要がある部位の加工性や溶接継手の強度を確保しつつ、それ以外の部分は要求される硬度を持つ製品（鋼成形部材）を作ることができる。次に、本実施の形態にかかる熱間プレス成形装置１によるめっき鋼板Ｋの熱間プレス成形の方法の一例について説明する。

先ず、加熱装置により予めＡ_１変態点以上に、全面に亘って均一に加熱されためっき鋼板Ｋが、図示しない受け渡し装置により投入ステージ１０の支持ピン２２上に載置される。支持台２０に設けられているセンサが、支持ピン２２上にめっき鋼板Ｋが載置されたことを検出すると、搬送機構１４が動作を開始する。投入ステージ１０に載置されためっき鋼板Ｋは、搬送機構１４の把持部７０ａにより把持されて部分急冷ステージ１１へ搬送され、支持ピン３３上に載置される。この際、支持ピン３３上に載置されためっき鋼板Ｋのプレピアス孔Ｐには、図３に示すように位置決めピン３２が挿通し、めっき鋼板Ｋと急冷スタンプ３１との相対的な位置関係がプレピアス孔Ｐと位置決めピン３２とにより設定される。

部分急冷ステージ１１へめっき鋼板Ｋが搬送されると、めっき鋼板Ｋの、例えば中心部を急冷する部分急冷工程が行われる。部分急冷工程においては、先ず、上部支持体１６と共に上スタンプ３７及び上部プッシュロッド３６ａが降下し、図３に示すように、上部プッシュロッド３６ａとプッシュロッド３６とが接触する。この際、上スタンプ３７の下面３７ａとめっき鋼板Ｋの上面とは、所定の距離離間した状態となっている。上部支持体１６はこの状態からさらに降下を続け、プッシュロッド３６及び台座３４を介して、支持ピン３３に載置されるめっき鋼板Ｋを下方に移動させ、支持ピン３３上のめっき鋼板Ｋを下スタンプ３８の上面３８ａに受け渡す。

その後、さらに上部支持体１６の降下を続け、図４に示すように、上スタンプ３７の下面３７ａによりめっき鋼板Ｋの上面を押圧した状態が所定時間保持される。即ち上スタンプ３７の下死点の位置で上スタンプ３７が所定の時間保持される。めっき鋼板Ｋが上スタンプ３７により押圧されると同時に供給弁４４が開かれ、下スタンプ３８の冷媒供給口４０からめっき鋼板Ｋに冷媒が供給される。なお、上スタンプ３７内部の冷却管４５には、冷媒が常時供給されている。これにより、めっき鋼板Ｋの上スタンプ３７及び下スタンプ３８と接触する部位が急冷され、部分急冷部Ｋｃとなる。一方、上スタンプ３７及び下スタンプ３８と接触していない部位は、そのまま高温を保つ高温部Ｋａとして維持される。

部分急冷ステージ１１において、めっき鋼板Ｋの所定の部位（上スタンプ３７及び下スタンプ３８と接触する部位）に所定の時間急冷を施すと、上部支持体１６と共に上スタンプ３７が上死点まで上昇し、部分急冷工程が終了する。部分急冷工程が終了すると、めっき鋼板Ｋは搬送機構１４の把持部７０ｂにより把持され、部分急冷ステージ１１から復熱ステージ１２へ搬送される。これと同時に、投入ステージ１０にある２番目のめっき鋼板Ｋが部分急冷ステージ１１へ搬送されると共に、３番目のめっき鋼板Ｋが投入ステージ１０に載置される。

復熱ステージ１２の支持ピン５２上にめっき鋼板Ｋが搬送されると、めっき鋼板Ｋの部分急冷部Ｋｃの温度を、Ｍｓ点以上の温度まで復熱させる復熱工程が行われる。復熱工程では、めっき鋼板Ｋが支持ピン５２上に載置された状態で、所定時間、即ち上部支持体１６が上死点と下死点との間を一往復する時間だけ、復熱ステージ１２に留め置かれる。この際、めっき鋼板Ｋの部分急冷部Ｋｃは、部分急冷工程において急冷されず高温を維持している部位からの熱伝達により温度が上昇し、Ｍｓ点以上の温度に復熱する。

復熱ステージ１２において復熱工程が終了すると、めっき鋼板Ｋは搬送機構１４の把持部７０ｃにより把持され、復熱ステージ１２から成形急冷ステージ１３へ搬送される。

めっき鋼板Ｋが成形急冷ステージ１３へ搬送されると、先ず、めっき鋼板Ｋのプレピアス孔Ｐとダイ６１の位置決めピン６８とにより、めっき鋼板Ｋの位置決めが行われ、ダイ６１上にめっき鋼板Ｋが載置される。次いで、ポンチ６２が下死点まで降下し、めっき鋼板Ｋの成形が行われる。めっき鋼板Ｋの成形と同時に、冷媒供給管６６の供給弁６７を開き、冷媒供給口６３から冷媒がめっき鋼板Ｋに供給される。ポンチ６２内部の図示しない冷却管には、冷媒が常時供給されている。これにより、めっき鋼板Ｋが全面に亘って急冷される。めっき鋼板Ｋが所定の時間急冷され、めっき鋼板Ｋの温度がＭｆ点以下になると、上部支持体１６と共にポンチ６２が上死点まで上昇し、成形急冷工程が終了する。

成形急冷工程が終了すると、成形後のめっき鋼板Ｋは、例えば図示しない搬出装置によりがダイ６１から取り除かれ、熱間プレス成形装置１から搬出される。この一連の熱間プレス成形が繰り返し行われる。

以上の実施の形態によれば、予めＡ_１変態点以上の温度に加熱しためっき鋼板Ｋの所定の部位を、マルテンサイトへの変態の開始温度（Ｍｓ点）以下の温度に急冷して部分急冷部Ｋｃを形成する。その後、復熱ステージ１２において、部分急冷部Ｋｃを、マルテンサイトへの変態の開始温度（Ｍｓ点）よりも高い温度に復熱させる。このようにしてから、めっき鋼板Ｋの成形と成形面全体の急冷（マルテンサイトへの変態の終了温度（Ｍｆ点）以下の温度への急冷）とを同時に行う。したがって、復熱を行った部位を焼き戻しマルテンサイトを含む組織にすることができると共に、成形面のその他の部位をマルテンサイト組織とすることができる。このため、成形後の後工程において機械加工の必要がない部位をマルテンサイト組織とし、例えば、後工程において機械加工が必要となる部位や、後工程において溶接が必要となる部位を焼き戻しマルテンサイトを含む組織とすることができる。したがって、製品としての必要な強度を維持しつつ、後工程における加工性を確保した成形品を形成することができる。また、めっき鋼板Ｋは、予め全面に亘って均一に加熱されているため、めっき鋼板Ｋの加熱時の最高到達温度を、めっき鋼板Ｋの全面に亘って均一にすることができる。よって、めっきの合金化の度合いも鋼板の全面に亘って均一にすることができる。さらに、めっき鋼板Ｋの部分急冷工程及び復熱工程は、めっき鋼板Ｋが平板状の状態で行われる。よって、例えば、成形急冷工程において曲げ加工が施される部位や成形後に垂直面となる部位など、任意の位置に焼き戻しマルテンサイトを含む組織を生成することができる。したがって、設計の自由度も大きい。

また、部分急冷ステージ１１において、プレピアス孔Ｐと位置決めピン３２とによりめっき鋼板Ｋの位置決めを行うようにした。また、成形急冷ステージ１３においても、当該プレピアス孔Ｐとダイ６１の位置決めピン６８とによりめっき鋼板Ｋの位置決めを行うようにした。よって、部分急冷ステージ１１及び成形急冷ステージ１３において、めっき鋼板Ｋと位置決めピン３２、６８との相対的な位置関係、即ち、急冷スタンプ３１及び急冷金型６０と、めっき鋼板Ｋとの相対的な位置関係がずれることがない。したがって、焼き戻しマルテンサイトを含む組織を成形品の所定の位置にきわめて正確に生成することができる。これにより、例えば、めっき鋼板Ｋのダイ６１上での配置が何らかの理由によりずれてしまい、そのずれた状態でプレス成形されることを確実に防止できる。したがって、後工程において機械加工や溶接を行う部位に焼き戻しマルテンサイトを含む組織が生成されなくなることを確実に防止できる。よって、後工程における機械加工に支障が出たり溶接の継手強度が不足したりするといったトラブルを避けることができる。

また、以上の実施の形態によれば、下スタンプ３８及びダイ６１のめっき鋼板Ｋとの接触面である上面３８ａと成形面６１ａに凸部３８ｂ、６１ｂが形成されている。このため、部分急冷工程及び成形急冷工程において、冷媒供給口４０、６３からめっき鋼板Ｋに対して冷媒を噴出することで、めっき鋼板Ｋの急冷を短時間で行うことができる。したがって、熱間プレス成形の生産性を向上させることができる。

なお、以上実施の形態では、凸部３８ｂ、６１ｂや冷媒供給口４０、６３や冷媒吸引口４１、６４といっためっき鋼板Ｋの急冷を行う手段は、下部冷却体の一例である下スタンプ３８やダイ６１側に設けられていたが、当該手段は、上部冷却体の一例である上スタンプ３７やポンチ６２側に設けられていてもよい。また、当該手段は、下部冷却体の一例である下スタンプ３８やダイ６１側と、当該手段は、上部冷却体の一例である上スタンプ３７やポンチ６２側との双方に設けられていてもよい。

以上の実施の形態では、部分急冷部Ｋｃの形状は略盤状であったが、例えば後工程での機械加工の内容に応じて急冷スタンプ３１の形状を変更することで、他の任意の形状としてもよい。この場合、部分急冷部Ｋｃを形成する急冷スタンプ３１と、急冷金型６０とが独立して設けられている。このため、例えば、形状は同じで、後工程における機械加工の部位のみが異なるような成形品を形成する場合には、例えば、急冷スタンプ３１の形状や配置を変更するだけで対応が可能である。よって、質量が大きい急冷金型６０を交換する必要がない。

また、後工程において、めっき鋼板Ｋの所定の部位に、例えば同心円状の孔加工を行うような場合、部分急冷部Ｋｃの領域内に、急冷せずに高温のまま維持される高温部Ｋａ部位を設定するようにしてもよい。具体的には、例えば図７に示すように、めっき鋼板Ｋ上に部分急冷部Ｋｃを円環状に形成し、当該円環状の部分急冷部Ｋｃに囲まれる領域内に、高温のまま維持される高温部Ｋａを残すようにしてもよい。このように、部分急冷部Ｋｃの領域内に高温部Ｋａを残すことで、部分急冷部Ｋｃと高温部Ｋａとの境界面、即ち部分急冷部Ｋｃと高温部Ｋａとの間で熱伝達が行われる領域が大きくなる。また、加工が行われる部位、即ち図７における円環状の部分急冷部Ｋｃのみを選択的に急冷し、部分急冷部Ｋｃの範囲を小さくすることで、復熱に必要となる熱容量が小さくなる。したがって、効率的に部分急冷部Ｋｃの復熱を行うことが可能となる。

以上の実施の形態では、熱間プレス形成装置１において、一枚のめっき鋼板Ｋを処理していたが、例えば、複数のめっき鋼板Ｋを同時に処理するようにしてもよい。その場合、例えば部分急冷ステージ１１における、上スタンプ３７の上下動を含めた部分急冷工程の所要時間と、成形急冷ステージ１３における、ポンチ６２の上下動を含めた成形急冷工程の所要時間、いわゆるタクトタイムが同一であれば効率がよい。このタクトタイムは、成形品の品質を満足するために必要なポンチ６２の下死点での保持時間を、予め試験等により最適な条件を求めた上で決定される。しかしながら、上スタンプ３７をポンチ６２と上部支持体１６により同期させて往復動させる場合、部分急冷工程においてめっき鋼板Ｋの急冷が不十分となってしまう場合が考えられる。その場合は、例えば冷媒供給口４０から供給する冷媒の量を調整することで、必要な冷却を行うことが可能となる。このように、部分急冷ステージ１１と成形急冷ステージ１３のタクトタイムを合わせることにより、複数のめっき鋼板Ｋを同時に処理することができる。

複数の、例えばめっき鋼板Ｋ１〜Ｋ５を同時に処理する場合は、投入ステージ１０から部分急冷ステージ１１にめっき鋼板Ｋ１が搬送されるのと同時に、投入ステージ１０に新たなめっき鋼板Ｋ２が投入される。次いで、めっき鋼板Ｋ１の部分急冷を終え、部分急冷ステージ１１から復熱ステージ１２へ搬送されるのと同時に、新たなめっき鋼板Ｋ３の投入と、めっき鋼板Ｋ２の投入ステージ１０から部分急冷ステージ１１への搬送が行われる。次いで、めっき鋼板Ｋ１の復熱が終了し、成形急冷ステージ１３への搬送が行われるのと同時に、部分急冷ステージ１１で急冷されためっき鋼板Ｋ２は、把持部７０ｂにより、部分急冷ステージ１１から復熱ステージ１２へ搬送され、投入ステージ１０のめっき鋼板Ｋ３は部分急冷ステージ１１に搬送され、投入ステージ１０には新たなめっき鋼板Ｋ４が投入される。図８に示すように、めっき鋼板Ｋ１の成形急冷工程が終了すると、成形後のめっき鋼板Ｋ１は、ダイ６１から取り除かれ熱間プレス成形装置１から搬出される。それと同時に、めっき鋼板Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４の搬送及び新たなめっき鋼板Ｋ５の投入が行われ、この一連の熱間プレス成形が繰り返し行われる。このように、各工程におけるタクトタイムを合わせることにより、本実施の形態の熱間プレス成形装置１のような、いわゆるトランスファープレス（複数の工程を経てプレス成形部品を形成するプレス方法であって、プレス機が１ストロークする毎に鋼板を次の工程に搬送するプレス方法）に適用することが可能となり、製品の生産性を向上させることができる。そして、前述したように、部分急冷工程及び成形急冷工程において、めっき鋼板Ｋの急冷を短時間で行うことができるので、タクトタイムを短くすることができる。よって、復熱工程で、めっき鋼板Ｋの高温部Ｋａの温度が（Ａ_１変態点よりも低い温度まで）低下することを確実に実現することができる。

また、以上の実施の形態では、めっき鋼板Ｋの部分急冷後の復熱は、めっき鋼板Ｋを復熱ステージ１２の支持ピン５２上に載置した状態で、所定時間、例えば熱間プレス成形装置１のタクトタイムだけ、復熱ステージ１２に留め置くことにより行う。しかしながら、例えば予め行う試験により、めっき鋼板Ｋの復熱に要する時間がタクトタイムに比べて長いことが確認された場合は、部分急冷ステージ１１と復熱ステージ１２との間、あるいは復熱ステージ１２と成形急冷ステージ１３との間に新たな復熱ステージ１２を更に設けてもよい。またその反対に、めっき鋼板Ｋが搬送機構１４により部分急冷ステージ１１から復熱ステージ１２へ搬送される時間のみで十分に復熱することが確認された場合は、復熱ステージ１２を設けず、部分急冷ステージ１１の隣に成形急冷ステージ１３を配置してもよい。

なお、復熱ステージ１２を更に設けた場合、熱間プレス成形装置１全体が大型化し、より大きな設置面積が必要となってしまう。この場合、例えば図１に破線で示すように復熱ステージ１２にめっき鋼板Ｋの部分急冷部Ｋｃを加熱するための非接触の加熱装置８０を設け、復熱ステージ１２においてめっき鋼板Ｋに対して加熱を行うようにしてもよい。このようにすれば、新たな復熱ステージ１２を更に設置する必要がなくなり、熱間プレス成形装置１が大型化することを防止できる。この場合、復熱ステージ１２においても、めっき鋼板Ｋのプレピアス孔Ｐと、復熱ステージ１２の位置決めピン５１により、めっき鋼板Ｋと加熱装置８０との相対的な位置関係が保たれるので、加熱装置８０により正確に部分急冷部Ｋｃの復熱を行うことができる。また、加熱装置８０を設けることで、めっき鋼板Ｋの保有熱量が十分でなく、復熱ステージ１２を追加するだけではめっき鋼板Ｋの復熱が十分に行えない場合、具体的にはめっき鋼板Ｋの厚みが薄い場合などにも対応することが可能となる。なお、加熱装置８０としては、短時間で加熱が可能な近赤外線ランプを用いることが好ましいが、非接触による加熱方式であれば、何でもよく、例えばレーザー加熱や誘導加熱なども用いることができる。そして、少なくとも、加熱装置８０によるめっき鋼板Ｋの加熱量、または、下スタンプ３８及びダイ６１の少なくともいずれか一方における冷媒の供給量を変えることにより、各工程におけるタクトタイムを合わせることができる。

また、部分急冷部Ｋｃの復熱に要する時間や熱容量、即ち復熱を行うために必要な復熱ステージ１２の設置数（段数）であったり、加熱装置８０の要否及び熱容量を決定したりする方法としては、予め行われる試験の他に、計算により求めることも可能である。

計算により求める方法について簡単に説明する。例えば、図９に示ように長さＡ、幅Ｂ、厚みｔの平板状のめっき鋼板Ｋの中央部に幅δで矩形の領域を部分急冷部Ｋｃを形成するとする。また、この場合において、めっき鋼板Ｋの初期の温度をＴｉ、部分急冷工程における部分急冷部Ｋｃの温度をＴｃ１、部分急冷部Ｋｃの復熱時の最高到達温度をＴｃ２、とする。そうすると、部分急冷部Ｋｃの温度を一旦Ｔｃ１まで急冷した後にＴｃ２まで復熱させるのに必要な熱容量Ｑｒ［Ｊ］は、以下の（１）式より求めることができる。
Ｑｒ＝（Ｔｃ２−Ｔｃ１）・ρ・Ｃｍ・δ・ｔ・Ａ・Ｂ ・・・（１）
但し、ρはめっき鋼板Ｋの比重［ｋｇ／ｍ^３］、Ｃｍはめっき鋼板Ｋの比熱［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、ＴｉはＡ１変態点以上の温度［Ｋ］、Ｔｃ１はＭｓ点以下の温度［Ｋ］、Ｔｃ２はＭｓ点より高い温度［Ｋ］である。Ａ、Ｂ、ｔ、δは、前述したように、それぞれ、めっき鋼板Ｋの長さ［ｍ］、幅［ｍ］、厚み［ｍ］、部分急冷部Ｋｃの幅［ｍ］である。

一方、部分急冷部Ｋｃが一旦Ｔｃ１まで冷却された後に、部分急冷部Ｋｃ以外の高温の部分からの熱伝達により部分急冷部Ｋｃの復熱に用いられる熱量Ｑλ［Ｊ］は、以下の（２）式の通り表される。
Ｑλ＝ｆ（λ，Ｔｉ１，Ｔｃ１，δ，Ｓｒ） ・・・（２）
但し、λはめっき鋼板Ｋの熱伝導率［Ｗ／ｍ・Ｋ］、Ｔｉ１は部分急冷部Ｋｃの温度がＴｉからＴｃ１になった時点での部分急冷部Ｋｃの周囲の温度［Ｋ］、Ｓｒはめっき鋼板Ｋの温度が一旦Ｔｃ１まで冷却された後に、Ｔｃ２まで復熱するために必要な時間［ｓｅｃ］である。

このとき、Ｓｒは以下の（３）式の通り表される。
Ｓｒ＝（Ｓｔ−Ｓｈ）＋Ｎ・Ｓｔ ・・・（３）
但し、Ｓｔは熱間プレス成形装置１のタクトタイム［ｓｅｃ］、Ｓｈは部分急冷ステージ１１及び成形急冷ステージ１３における下死点保持時間［ｓｅｃ］、Ｎは復熱ステージ１２のステージ数［−］である。

ここで、部分急冷部Ｋｃの温度をＴｃ２以上に復熱させるためには、以下の（４）式の関係を満足するようなＴｉ１、δ、Ｓｒを選択すればよい。
Ｑｒ≦Ｑλ ・・・（４）

また、復熱ステージ１２に加熱装置８０を設け、めっき鋼板Ｋの復熱を部分急冷部Ｋｃ以外の部分からの熱伝達と併用して行う場合には、加熱装置８０による部分冷却部Ｋｃへの入熱量ＱＬは以下の（５）式より求めることができる。また、部分急冷部Ｋｃの温度をＴｃ２以上に復熱させるためには、以下の（６）式を満足するようにＱＬを設定すればよい。
ＱＬ＝ｆ（ｑＬ，Ｃ，Ｎ，ＳＬ） ・・・（５）
Ｑｒ≦Ｑλ＋ＱＬ ・・・（６）
但し、ｑＬは加熱装置８０の入熱密度［Ｗ／ｍ^２］、Ｃは加熱装置８０の加熱幅［ｍ］、ＳＬは加熱装置８０による加熱時間［ｓｅｃ］である。

上記の計算方法は、部分急冷部Ｋｃが矩形状の場合を参考にして説明したが、部分急冷部Ｋｃが円状や同心円状といった他の任意の形状であっても同様の計算方法を適用することができる。その場合には、部分急冷部Ｋｃの大きさや形状に応じてＱｒ、Ｑλ、ＱＬを求めればよい。

実施例として、熱間プレス成形装置１を用いてめっき鋼板Ｋに対して熱間プレス成形を行い、復熱温度と硬度の確認試験を行った。確認試験の結果を表１に示す。ここでは、部分急冷部Ｋｃの幅δ、めっき鋼板Ｋの板厚ｔ、復熱ステージ１２のステージ数Ｎ、及び復熱ステージ１２での加熱装置８０による加熱の有無を変化させて確認試験を行った。相対的に硬度の低いめっき鋼板Ｋとして、０．２質量％のＣと、微量のＭｎ、Ｂ、Ｓｉとを含有する鋼に、８０ｇ／ｍ^２のＡｌを主体とするめっきを施したもの（実施例１〜６）を用いた。また、相対的に硬度の高いめっき鋼板Ｋとして、０．３質量％のＣと、微量のＭｎ、Ｂ、Ｓｉとを含有する鋼に、８０ｇ／ｍ^２のＡｌを主体とするめっきを施したもの（実施例７〜１１）を用いた。めっき鋼板Ｋの初期の温度Ｔｉを９５０℃、部分冷却部Ｋｃの急冷時の温度Ｔｃ１を４００℃未満、部分急冷部Ｋｃの温度がＴｉからＴｃ１になった時点での部分急冷部Ｋｃの周囲の温度Ｔｉ１を８００℃とした。加熱装置８０としては、近赤外線の加熱ランプを用いた。

表１に示すように、ここでは、下死点保持時間を２秒、タクトタイムを５秒とした。部分冷却部Ｋｃの復熱が適切に行われた場合、即ち部分急冷部Ｋｃの温度がマルテンサイト変態の開始温度Ｍｓ点より高い温度に戻った場合、復熱温度の欄に○を記入し、そうでない場合、復熱温度の欄に×を記入した。また、部分急冷部Ｋｃ以外、即ち高温部Ｋａの硬度が４５０Ｈｖで、且つ部分急冷部Ｋｃの硬度が高温部Ｋａの硬度より２０Ｈｖ以上軟らかく（小さく）なる場合を良好とし、硬度の評価の欄に○を記入し、そうでない場合を不良とし、硬度の評価の欄に×を記入した。

また、比較用の従来技術として、部分急冷工程後に、復熱を行わずに成形急冷工程を行った場合についても、復熱温度と硬度の確認試験を行った。具体的には、従来技術Ａは、復熱ステージ１２の段数を零、即ち復熱ステージを有しない熱間プレス成形装置を用いた場合の確認試験の結果を示す。一方、従来技術Ｂは、熱間プレス成形装置１を用いて板厚ｔが薄いめっき鋼板Ｋを熱間プレス成形した場合の確認試験の結果を示す。従来技術Ａ、Ｂでは、実施例１〜６と同様に、めっき鋼板Ｋとして、０．２質量％のＣと、微量のＭｎ、Ｂ、Ｓｉとを含有する鋼に、８０ｇ／ｍ^２のＡｌを主体とするめっきを施したものを用いた。

従来技術においては、めっき鋼板Ｋの復熱が十分に行われていないため、部分急冷部Ｋｃの硬度が所望の値まで低下していない。従来技術Ａにおいては、復熱ステージ１２を設けていないため部分急冷部Ｋｃの復熱が不十分となる。その結果、部分急冷部Ｋｃの温度がＭｓ点より高い温度に戻りきらない、即ち部分急冷部Ｋｃの焼き戻しが行われないまま、成形急冷ステージ１３において部分急冷部Ｋｃを含むめっき鋼板Ｋ全体の急冷が行われる。このため、めっき鋼板Ｋの全体に亘って焼き入れが行われてしまう。このことが原因で、部分急冷部Ｋｃの硬度と高温部Ｋａの硬度との差がＨｖで２０未満となる。従来技術Ｂにおいては、めっき鋼板Ｋの板厚ｔが薄いため、めっき鋼板Ｋの保有熱量が十分でなく、復熱ステージ１２にめっき鋼板Ｋを載置するだけではめっき鋼板Ｋの復熱が十分に行えない。このことが原因で、部分急冷部Ｋｃの硬度と高温部Ｋａの硬度との差がＨｖで２０未満となる。

これに対して、実施例１〜３においては、復熱ステージ１２において部分急冷部Ｋｃの焼き戻しが確実に行われ、これにより、いずれも良好な結果が得られた（部分急冷部Ｋｃの硬度を高温部Ｋａの硬度よりもＨｖで２０以上小さい値にすることができた）。他方、実施例４においては、従来技術Ｂと同様に板厚ｔを薄くしているが、復熱ステージ１２に加熱装置８０を設けることで、部分急冷部Ｋｃの復熱が十分に行われるようになる。このため、部分急冷部Ｋｃの硬度を所望の値（高温部Ｋａの硬度よりもＨｖで２０以上小さい値）とすることができることが確認できた。

また、実施例５は、従来技術Ａと同様に復熱ステージ１２を有していない熱間プレス成形装置によるものであるが、実施例５は従来技術Ａと比較して部分急冷部Ｋｃの幅δが小さいため、復熱に要する時間が短くてすむ。したがって、実施例５においては、搬送機構１４によりめっき鋼板Ｋが部分急冷ステージ１１から成形急冷ステージ１３に搬送される間に部分急冷部Ｋｃの復熱が行われ、部分急冷部Ｋｃの硬度を所望の値とすることができた。また、実施例６においては、板厚ｔを厚くしても良好な結果が得られた（部分急冷部Ｋｃの硬度を高温部Ｋａの硬度よりもＨｖで２０以上小さい値にすることができた）。

実施例７〜１１は、それぞれ実施例１〜５に対応するものである。鋼におけるＣの含有量を増やしてめっき鋼板Ｋの硬度を高く（大きく）しても、良好な結果が得られた（部分急冷部Ｋｃの硬度を高温部Ｋａの硬度よりもＨｖで２０以上小さい値にすることができた）。

本発明は、鋼板を連続的に熱間プレス成形する際に有用である。

前記の目的を達成するため本発明の鋼板の熱間プレス成形方法は、Ａ₁変態点以上の温度に加熱された鋼板の成形及び焼き入れを同時に行う鋼板の熱間プレス成形において、Ａ₁変態点以上の温度に均一に加熱された平板状の鋼板を成形し、当該鋼板の成形面の全体を冷却する前に、当該鋼板の成形面の一部である所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）以下に急冷する部分急冷工程と、前記鋼板の急冷された所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度（Ｍｓ点）より高い温度に戻す復熱工程と、前記鋼板の復熱を行った後に、当該鋼板の成形と、当該鋼板の成形面の全体に対するマルテンサイト変態の終了温度（Ｍｆ点）以下までの急冷とを同時に行う成形急冷工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、Ａ₁変態点以上の温度に加熱された鋼板を成形する前に、当該鋼板の成形面の一部である所定の部位に急冷及び復熱を施し、その後、当該鋼板の成形と急冷とを同時に行う。したがって、復熱を行った部位を焼き戻しマルテンサイトを含む組織に、その他の部位をマルテンサイト組織とすることができる。このため、後工程において機械加工が必要となる部位や溶接を行う部位を焼き戻しマルテンサイトを含む組織とすることができる。よって、成形品全体としては必要な強度を維持しつつ、後工程における加工性や溶接継手の強度などを確保した成形品を形成することができる。また、鋼板の部分急冷工程及び復熱工程は、鋼板が平板状の状態で行われるので、例えば、プレス成形により曲げ加工が施される部位や、成形後に垂直面となる部位など、任意の位置に焼き戻しマルテンサイトを含む組織を生成することができる。したがって、設計の自由度も大きい。さらに、鋼板は予め所定の温度に均一に加熱されているため、鋼板としてめっき鋼板を用いた場合でも、めっきの合金化の度合いを鋼板の全面に亘って均一にすることができる。

ここで、前記部分急冷工程と復熱工程と成形急冷工程においては、それらの工程における前記鋼板の相対的な位置関係が同じになるように、当該鋼板を位置決めしてもよい。
また、前記部分急冷工程は、上部冷却体を、前記鋼板の前記所定の部位に対して上から接触させると共に、下部冷却体を、前記鋼板の前記所定の部位に対して下から接触させ、前記上部冷却体の前記鋼板との接触面と、前記下部冷却体の前記鋼板との接触面とのいずれかまたは両方に形成された凹凸によって前記鋼板と前記上部冷却体または前記下部冷却体との間に形成された隙間に冷媒を噴出するようにしてもよい。また、前記鋼板との接触面に凹凸が形成されている冷却体に形成された冷媒吸引口から前記噴出した冷媒を吸引し、排出するようにしてもよい。

ここで、前記部分急冷ステージと復熱ステージと成形急冷ステージにおいては、それらのステージにおける前記鋼板の相対的な位置関係が同じになるように、当該鋼板の位置決めを行うようにしてもよい。
また、前記鋼板に冷媒を供給する冷媒供給源と、前記供給された冷媒を吸引し、排出する吸引機構と、をさらに有し、前記上部冷却体の前記鋼板との接触面と、前記下部冷却体の前記鋼板との接触面とのいずれかまたは両方に、凹凸と、前記鋼板に対する冷媒の噴出口となる冷媒供給口と、噴出された冷媒の吸引および排出口となる冷媒吸引口と、が形成され、前記ポンチの成形面と前記ダイの成形面のいずれかまたは両方に、凹凸と、前記鋼板に対する冷媒の噴出口となる冷媒供給口と、噴出された冷媒の吸引口となる冷媒吸引および排出口と、が形成され、前記冷媒供給源は、前記凹凸により形成された隙間に前記冷媒を噴出するようにしてもよい。また、前記復熱ステージに、前記部分急冷ステージで急冷された所定の部位を加熱する非接触の加熱装置を設けるようにしてもよい。

Claims (15)

1. Ａ_１変態点以上の温度に加熱された鋼板の成形及び焼き入れを同時に行う鋼板の熱間プレス成形において、
   Ａ_１変態点以上の温度に均一に加熱された平板状の鋼板を成形する前に、当該鋼板の所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度以下に急冷する部分急冷工程と、
   前記鋼板の急冷された所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度より高い温度に戻す復熱工程と、
   前記鋼板の復熱を行った後に、当該鋼板の成形とマルテンサイト変態の終了温度以下までの急冷とを同時に行う成形急冷工程と、を有することを特徴とする、鋼板の熱間プレス成形方法。
2. 前記部分急冷工程は、上部冷却体を、前記鋼板の前記所定の部位に対して上から接触させると共に、下部冷却体を、前記鋼板の前記所定の部位に対して下から接触させ、前記上部冷却体の前記鋼板との接触面と、前記下部冷却体の前記鋼板との接触面とのいずれかまたは両方に形成された凹凸によって前記鋼板と前記上部冷却体または前記下部冷却体との間に形成された隙間に冷媒を噴出することを特徴とする、請求項１に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
3. 前記部分急冷工程は、前記上部冷却体と前記下部冷却体とのうち、前記鋼板との接触面に凹凸が形成されている冷却体に形成された冷媒吸引口から前記噴出した冷媒を吸引し、排出することを特徴とする、請求項２に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
4. 前記成形急冷工程は、ポンチとダイとを用いて、前記鋼板を上下からプレスすると共に、前記ポンチの成形面と前記ダイの成形面とのいずれかまたは両方に形成された凹凸によって前記鋼板と前記ポンチまたは前記ダイとの間に形成された隙間に冷媒を噴出することを特徴とする、請求項３に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
5. 前記成形急冷工程は、前記ポンチと前記ダイとのうち、前記鋼板との接触面に凹凸が形成されている金型に形成された冷媒吸引口から前記噴出した冷媒を吸引し、排出することを特徴とする、請求項４に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
6. 前記部分急冷工程、前記復熱工程、及び前記成形急冷工程における所要時間を同一にすることを特徴とする、請求項５に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
7. 前記復熱工程は、前記鋼板を所定の処理位置に所定時間載置することにより、前記鋼板の急冷された所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度より高い温度に戻すことを特徴とする、請求項６に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
8. 少なくとも、前記鋼板に対する前記冷媒の噴出量に基づいて、前記部分急冷工程、前記復熱工程、及び前記成形急冷工程における所要時間を同一にすることを特徴とする、請求項７に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
9. 前記復熱工程は、前記所定の処理位置に所定時間載置された鋼板を、非接触の加熱装置により加熱することを特徴とする、請求項７に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
10. 少なくとも、前記非接触の加熱装置による加熱量に基づいて、前記部分急冷工程、前記復熱工程、及び前記成形急冷工程における所要時間を同一にすることを特徴とする、請求項９に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
11. 前記鋼板の急冷される所定の部位は、その内側の急冷されない領域を巡る一続きの領域であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼板の熱間プレス成形方法。
12. Ａ_１変態点以上の温度に均一に加熱された平板状の鋼板の所定の部位に対して、上部冷却体を上から接触させると共に下部冷却体を下から接触させて、当該鋼板の所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度以下に急冷する部分急冷ステージと、
    前記所定の部位が急冷された前記鋼板を所定の処理位置に載置し、前記鋼板の急冷された所定の部位をマルテンサイト変態の開始温度より高い温度に復熱させる復熱ステージと、
    ダイとポンチとを備えた急冷金型により、前記所定の部位が復熱した後の前記鋼板の成形とマルテンサイト変態の終了温度以下までの急冷とを同時に行う成形急冷ステージと、
    前記鋼板を、前記部分急冷ステージから前記復熱ステージ、前記復熱ステージから前記成形急冷ステージに順次搬送する搬送機構と、を有することを特徴とする鋼板の熱間プレス成形装置。
13. 前記鋼板に冷媒を供給する冷媒供給源と、
    前記供給された冷媒を吸引し、排出する吸引機構と、をさらに有し、
    前記上部冷却体の前記鋼板との接触面と、前記下部冷却体の前記鋼板との接触面とのいずれかまたは両方に、凹凸と、前記鋼板に対する冷媒の噴出口となる冷媒供給口と、噴出された冷媒の吸引および排出口となる冷媒吸引口と、が形成され、
    前記ポンチの成形面と前記ダイの成形面のいずれかまたは両方に、凹凸と、前記鋼板に対する冷媒の噴出口となる冷媒供給口と、噴出された冷媒の吸引および排出口となる冷媒吸引口と、が形成され、
    前記冷媒供給源は、前記凹凸により形成された隙間に前記冷媒を噴出することを特徴とする、請求項１２に記載の鋼板の熱間プレス成形装置。
14. 前記復熱ステージには、前記部分急冷ステージで急冷された所定の部位を加熱する非接触の加熱装置が設けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の鋼板の熱間プレス成形装置。
15. 請求項１に記載の鋼板の熱間プレス成形方法で成形された鋼成形部材であって、
    前記成形された後の前記所定の部位の硬度は、その他の部位の硬度よりも、Ｈｖで２０以上小さいことを特徴とする、鋼成形部材。

Images