WO2011016518A1 - 輻射伝熱加熱用金属板及びその製造方法、並びに異強度部分を持つ金属加工品及びその製造方法 - Google Patents

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metal
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好史 小林
一之 河野
泰則 伊藤
眞一 鈴木
晋太郎 山中
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新日本製鐵株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a metal plate for radiant heat transfer heating excellent in workability and a manufacturing method thereof, and a metal processed product having a different strength portion and a manufacturing method thereof.
  • hot stamping is a forming method in which a steel plate that has been heated to a predetermined temperature in advance is press-molded and quenched in a press mold and quenched. By using this method, a spring back does not occur, and a molded product with high dimensional accuracy and strength can be manufactured.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-55265 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-306211 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-330504 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-289425 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-61473
  • a first object of the present invention is to provide a metal plate for radiant heat transfer heating that can be easily heated to a desired temperature even when the surface reflectance of the metal plate is high, and a method for manufacturing the same. is there.
  • the second object of the present invention is to produce a metal processed product having a portion with different strength at low cost and with high productivity, and having a different strength portion with less restrictions on the arrangement of the portions having different strength. It is to provide a metal processed product and a manufacturing method thereof.
  • the metal plate for radiant heat transfer heating according to the present invention is a reflectance reduction treatment in which the reflectivity of radiation is reduced to a part of the surface of the metal plate subjected to radiant heat transfer heating compared to the surface of the original metal plate. A region is formed.
  • the metal plate can be a plated steel plate.
  • the method for manufacturing a metal plate for radiant heat transfer heating performs a reflectance reduction process on a part of the surface of the metal plate on which radiant heat transfer heating is performed, so that the reflectance of the radiant rays is changed to the original metal plate It is characterized by being lower than the surface of.
  • the reflectance reduction treatment coating, blasting, rolling, laser unevenness application, metal coating by plating or thermal spraying, coloring treatment or etching by immersion in acidic solution, surface layer material change treatment, etc. are applied
  • the reflectance reduction process is preferably black.
  • the reflectance is 40% or less, preferably 30% or less, and more preferably 25% or less.
  • a portion where the reflectance of the radiation is reduced is partially formed on the surface of the metal processed product, and the reflectance of the radiation is reduced.
  • the difference in Vickers hardness between the other part and the other part is HV180, preferably HV200 or more.
  • the method of manufacturing a metal workpiece having a different strength portion forms a region where the reflectance of radiation is reduced on a part of the surface of the metal plate by metal surface treatment or surface material change treatment.
  • the metal plate is heated by radiant heat transfer to form a heated metal plate partially having a different temperature, and a heat treatment process with cooling is performed.
  • the treatment for forming a region where the reflectance of the radiation ray is reduced on a part of the surface of the metal plate is coating, blasting or rolling, providing unevenness by laser, metal coating by plating or spraying, acidic Coloring treatment and etching by immersion in a solution, surface material change processing, and the like can be applied, but are not limited to these methods.
  • the heat treatment with cooling can be, for example, hot stamping or can be quenching.
  • the present invention it is possible to increase the heating efficiency, and it is possible to intensively heat only a specific portion of the metal plate with high productivity at a lower cost than before by radiant heat transfer heating.
  • there are many advantages such as increased freedom of part design as a metal workpiece.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a metal plate that has been subjected to a reflectance reduction process.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a metal plate partially subjected to reflectance reduction processing.
  • FIG. 3 is a diagram showing a process of manufacturing the metal processed product of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view showing an example of a metal plate before heat treatment is performed on a metal workpiece having different strength portions.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the heating temperature and the yield point after quenching, tensile strength, and elongation.
  • FIG. 6 is a front view showing an example of a metal workpiece having different strength portions.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a metal plate that has been subjected to a reflectance reduction process.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a metal plate partially subjected to reflectance
  • FIG. 8 is a perspective view showing another modification of the present invention.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the reflectance processing depth and the heating rate.
  • FIG. 10 is a front view showing an example of a metal plate before heat treatment is performed on a metal workpiece having a uniform strength.
  • FIG. 11 is a front view showing an example of a metal plate before heat treatment is performed on a metal workpiece that has been uniformly strengthened as a whole.
  • FIG. 1 is a diagram showing a metal plate 1 whose entire surface has a reflectance reduction processing region 2
  • FIG. 2 is a diagram showing a metal plate 1 whose part of the surface is a reflectance reduction processing region 2.
  • the reflectance reduction processing region 2 is formed by performing the reflectance reduction processing on the surface of the metal plate 1.
  • the metal plate 1 is a metal plate that is subjected to hot stamping in a subsequent process, and is subjected to radiant heat transfer heating using near infrared rays or the like immediately before the hot stamping.
  • the type of the metal plate 1 is not particularly limited, but typical metal plates for hot stamping are hot-rolled steel plates, cold-rolled steel plates, and plated steel plates.
  • the galvanized steel sheet is hot dip galvanized, alloyed hot dip galvanized, or electrogalvanized, alloyed electrogalvanized, hot dip aluminum plated, or zinc-alloy containing Al, Mg, Si, Cr, Ni, etc.
  • there is a steel plate on which plating has been applied it is not limited to these as long as it can be applied to hot stamping.
  • the present inventor has tried a method of heating a metal plate to a desired temperature by radiant heat transfer heating using a near infrared lamp having a wavelength of 0.7 to 2.5 ⁇ m. According to this method, the entire metal plate can be heated uniformly.
  • most of the metal plates used as structural parts for automobiles are hot-rolled steel plates, cold-rolled steel plates, galvanized steel plates and aluminum-plated steel plates, and most of the near infrared rays are reflected on the surface of the metal plates. Therefore, the heating efficiency by radiant heat transfer heating is extremely low.
  • the present inventor has C: 0.22 mass%, Si: 0.15 mass%, Mn: 2.0 mass%, P: 0.02 mass% or less, S: 0.005 mass% or less, Ti: 0 0.023 mass%, Al: 0.035 mass%, B: 15 ppm, N: 20 ppm, the balance is composed of Fe and inevitable impurities, and a hot dip galvanized steel sheet having a thickness of 1.6 mm
  • the steel plate was cut into a short side of 170 mm and a long side of 440 mm, and the temperature of the steel sheet was measured by radiant heat transfer from 20 ° C. to 850 ° C. using a near infrared lamp.
  • the rate of temperature increase was 30 ° C./second because of the high reflectance of near infrared rays, but the rate of temperature increase was 58 ° C./second in the hot-rolled steel sheet that was energized and heated under the same conditions.
  • the rate of temperature rise is very low, resulting in a high heating cost, a slow heating rate, and poor productivity.
  • the present inventor tried a method of locally quenching a molded product by heating only a specific portion of the metal plate to a high temperature and performing hot stamping.
  • spot heating with a laser beam is performed.
  • laser heating increases equipment cost and productivity is low. For this reason, the technique which can heat the specific part of a metal plate cheaply with high productivity was calculated
  • a reflectance reduction process is performed on the surface of the metal plate 1 having such a high reflectance so that the reflectance of radiation such as near infrared rays is lower than that of the surface of the original metal plate 1.
  • Specific methods for the reflectance reduction process include painting, blasting and rolling, applying irregularities by laser, metal coating by plating and thermal spraying, coloring and etching by immersion in acidic solution, surface material change processing
  • these reflectance reduction processes may be performed only on one side of a metal plate, or may be performed on both front and back sides.
  • the reflectance of the reflectance reduction treatment region 2 is 40% or less, preferably 30% or less, more preferably 25% or less.
  • the reflectance was measured as follows. That is, using a Shimadzu spectrophotometer UV-3100PC and a multi-purse large sample chamber MPC-3100, baseline correction between 2400 to 300 nm was performed with Merck BaSO 4 and then a test material was set and incident. A total reflection spectrum including diffuse reflection was measured at an angle of 8 degrees. The reflectance corresponding to the wavelength of the obtained total reflection spectrum was defined as the reflectance in the present invention.
  • the black paint is a technique for reducing the reflectance by painting an organic or inorganic black paint on the surface of the metal plate 1. Note that it is not necessary to be completely black, and any blackish color may be used. This method can be performed simply by using a roller or a paint gun. In addition, by performing appropriate masking, it is possible to easily paint only an arbitrary part of the metal plate 1, but if a stamping method is used, only an arbitrary part of the metal plate 1 is not masked. You can also paint easily. Furthermore, in black coating, for example, Tokai Carbon Aqua Black can be applied after degreasing the surface of the metal plate with alcohol or the like.
  • the treatment for imparting irregularities to the surface of the metal plate is a technique for reducing the reflectance by shot blasting, rolling, or laser, which is a mechanical technique. Further, in any case, by performing appropriate masking, it is possible to give unevenness to only an arbitrary portion of the metal plate 1 and reduce the reflectance. In the case of a method using a laser, unevenness may be imparted by irradiating only an arbitrary portion with a laser without masking.
  • the roughness of the rolling roll is adjusted in accordance with the capability of the rolling mill to be used.
  • the laser method there are no restrictions on the transmitter such as CO 2 , YAG, and fiber, and the method of giving unevenness can be given in a lattice shape, a stripe shape, or a dot array shape.
  • the provided irregularities are, for example, 0.6 ⁇ m or more, preferably 0.8 ⁇ m or more in terms of surface roughness Ra.
  • the black plating process is a technique for reducing the reflectance by, for example, performing black electroless nickel plating. Further, by performing appropriate masking, only an arbitrary portion of the metal plate 1 can be plated to reduce the reflectance.
  • Black-based thermal spraying is a technique for reducing the reflectance by plasma spraying a black-based substance such as an Al 2 O 3 —TiO 2 -based thermal spray material. Note that it is not necessary to be completely black, and any blackish color may be used. Further, by performing appropriate masking, it is possible to easily spray only an arbitrary portion of the metal plate 1 to reduce the reflectance.
  • Coloring treatment by immersion in an acidic solution is a technique for reducing the reflectance by, for example, blackening treatment with an oxalic acid aqueous solution. Further, by performing appropriate masking, only an arbitrary portion of the metal plate 1 can be processed to reduce the reflectance.
  • the chemical etching process is a technique for reducing the reflectivity by, for example, immersing in a 10% HCl aqueous solution at 25 ° C. for 10 seconds, followed by washing and drying. Further, by performing appropriate masking, only an arbitrary portion of the metal plate 1 can be processed, and the reflectance can be reduced.
  • the material change treatment on the surface layer is a method of reducing the reflectance by a blackening method in which the surface is immersed in a 10% aqueous solution of nickel chloride hexahydrate at a temperature of 60 ° C. for 5 seconds, followed by washing with water and drying. Further, by performing appropriate masking, only an arbitrary portion of the metal plate 1 can be processed to reduce the reflectance.
  • a metal processed product having such a different strength portion can be manufactured by the procedure shown in FIG. 3 using the metal plate 11 in which the reflectance reduction processing region is formed in the present embodiment as described above.
  • the metal plate 11 can be obtained by the following method in addition to performing a reflectance reduction process on the metal plate obtained by cutting or punching by pressing.
  • a reflectance reduction process is performed on the surface of a metal material such as a steel strip before performing a punching process by cutting or pressing, so that portions where radiation heat transfer efficiency is partially different are formed in advance. And it is good also as the metal plate 11 by performing the punching process by a cutting
  • the boundary of the reflectance reduction processing region is clear, but it is also possible to form the reflectance reduction processing region so as to continuously change the radiant heat transfer efficiency. In that case, what is necessary is just to change the level of a reflectance reduction process continuously, or to change the thickness of the process of a plate
  • near infrared wavelength 0.7 to 2.5 ⁇ m
  • middle infrared wavelength 2.5 ⁇ m to 4 ⁇ m
  • far infrared wavelength 4 ⁇ m
  • a radiant heat transfer heating device that generates near infrared rays, mid infrared rays, or far infrared rays
  • a gas heating furnace an electric heating furnace
  • a normal heating device equipped with an infrared lamp and an infrared heater, a near infrared lamp, a near infrared heater, etc.
  • the center part 12 which reduced the reflectance and raised the radiant heat transfer efficiency is heated rapidly.
  • the other peripheral edge portion 13 has a high reflectance and a low radiant heat transfer efficiency, so that the heating rate is slow.
  • a heated metal plate is obtained in which the central portion 12 has a high temperature and the peripheral portion 13 has a relatively low temperature.
  • the high temperature part is heated to a temperature higher than the temperature at which the metal structure of the steel material transforms into an austenite single phase, but the low temperature part is a temperature at which transformation to the austenite single phase is not completed. It is preferable to keep it in the range.
  • the amount of spectrum occupying a wavelength of 2.5 ⁇ m or more in general mid-infrared or far-infrared heating is about 50%.
  • near-infrared heating has a spectral amount of about 90%, so that a high energy density can be obtained, which is more preferable as a heating method capable of high-speed heating.
  • the effect of the difference in reflectance of the metal plate 11 appears greatly, and a temperature difference is easily applied to the metal plate 11.
  • a gas heating furnace an electric heating furnace, an infrared lamp, or an infrared heater, the temperature difference of the metal plate 11 can be reduced.
  • Hot stamping is a processing method in which quenching is performed inside a molding die, and press processing is possible with extremely small warpage and springback.
  • the central portion 12 heated to a temperature higher than the temperature at which the steel microstructure transforms into the austenite single phase is quenched and the strength is significantly increased, and the austenite single phase is transformed.
  • the peripheral portion 13 that is not completed remains at its original strength.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature of the heated metal plate before the start of hot stamping and YP (yield strength), TS (tensile strength), and EL (elongation rate) after quenching by hot stamping.
  • a metal plate is C: 0.22 mass%, Si: 0.15 mass%, Mn: 2.0 mass%, P: 0.02 mass% or less, S: 0.005 mass% or less, Ti: 0.023% by mass, B: 15 ppm, Al: 0.035% by mass, N: 50 ppm or less, the balance being a steel sheet having a composition of Fe and unavoidable impurities, tensile strength at room temperature (hereinafter simply referred to as strength) ) Is 600 MPa.
  • the strength is remarkably improved to 1550 MPa. If the heating temperature is 700 ° C. or less where the transformation to the austenite single phase is not completed, no increase in strength is observed even when quenching by hot stamping.
  • the central portion 12 of the heated metal plate is set to a temperature at which the metal structure is transformed to an austenite single phase or higher, and the peripheral portion 13 is set to a temperature at which the transformation to the austenite single phase is not completed, only the central portion 12 has high strength.
  • the peripheral edge portion 13 can be left at its original strength, and a metal workpiece having a different strength portion characterized in that the difference in Vickers hardness is HV 180 or more, preferably HV 200 or more can be obtained.
  • This metal processed product is suitable for use as an automobile part because the central portion 12 that receives a load has high strength and the peripheral portion 13 that requires weldability remains at its original strength.
  • a metal processed product having a different strength portion can be easily manufactured.
  • the radiant heat transfer efficiency is continuously increased in the horizontal direction. Can be changed.
  • the heating rate also changes, so that a continuous temperature distribution can be obtained at the end of heating.
  • the thickness of the reflectance reduction process of the center part 15 is made thicker, the process thickness of the peripheral part 16 is made thinner than the center part 15, The part 17 shall not be subjected to the reflectance reduction process.
  • the peripheral portion 16 is set to a temperature in the vicinity of transforming to an austenite single phase, and the peripheral portion 17 is transformed to an austenite single phase.
  • the temperature is not complete.
  • the central portion 15 has the highest strength
  • the peripheral portion 16 is lower in strength than the central portion 15 but higher in strength than the peripheral portion 17, and the peripheral portion 17 has a different strength portion with the original strength remaining. Goods can be obtained.
  • This metal processed product has the highest strength in the central portion 15 that receives the highest load, the strength of the peripheral portion 16 that receives the next highest load, and the peripheral portion 14 that requires weldability remains at the original strength. Therefore, it is suitable for use as an automobile part.
  • a metal workpiece having continuously different strength portions can be easily manufactured.
  • strength part is arbitrary, and different intensity
  • the bending position may be a different strength portion, the bending portion may be strengthened, or the different strength portion may be formed in a band shape as shown in FIG.
  • a preparatory metal plate is manufactured in comparison with a tailored blank method in which a different type of metal plate is previously welded to manufacture a tailored metal plate and then processed to have a partially different strength. No processing or welding is required, and there is no need to use multiple types of materials. For this reason, a manufacturing cost becomes cheap.
  • the tailored blank method there are restrictions on the position and number of weld lines that become the strength change part. However, in this embodiment, there is no such restriction. Thereby, the different-strength part of a free shape can be formed in a free position.
  • the manufacturing cost is low because the number of processes is small and the equipment cost is low.
  • the shape of the different strength portion has a greater degree of freedom in arrangement than the partial quenching method.
  • Example 1 summarizes the effects of the metal plate subjected to the reflectance reduction treatment according to the present invention.
  • a steel plate having a thickness of 1.6 mm was cut into a short side of 170 mm and a long side of 440 mm, and radiant heat transfer was heated from 20 ° C. to 850 ° C. using a near infrared lamp.
  • the heating rate was determined by the ratio of the temperature difference from 20 ° C. to 850 ° C. and the time required for heating.
  • No. 1 to 10 are examples, no. 11 or less is a comparative example.
  • the reflectance reduction processing region 2 can be formed only in a specific portion of the metal plate 1 by masking.
  • the present invention it is only necessary to form the reflectance reduction treatment region 2 only on a specific portion of the metal plate 1 and to perform radiant heat transfer heating. Therefore, it is possible to obtain molded parts having different strengths with good productivity. Compared with conventional tailored blank parts, there are many advantages such as low cost production, free disposition of different strength parts, and a single type of material.
  • FIG. 4 shows a hot-dip galvanized steel sheet having a composition comprising Al: 0.035% by mass, B: 15 ppm, N: 50 ppm or less, the balance being Fe and inevitable impurities, and a plate thickness of 1.6 mm. Cut into the indicated shape. The size was a short side of 100 mm, a long side of 170 mm, and a height of 440 mm.
  • the hot dip galvanized steel sheet subjected to the blackening treatment was heated so that the central portion 12 was rapidly heated by a near infrared heating device at a temperature rising rate of 120 ° C. per second. At this time, the set temperature was 850 ° C. As a result, the central portion 12 was heated to 852 ° C., but the ultimate temperature of the peripheral portion 13 having low radiation heat transfer efficiency was 228 ° C. Then, hot stamping and quenching in the mold were performed on the heated steel sheet by a hot stamping apparatus having a forming load of 200 tons.
  • the strength (TS) of the central portion 12 of the obtained molded body reached 1470 MPa, but the strength of the peripheral edge portion 13 was almost the same as that of the hot dip galvanized steel sheet. It was 590 MPa, and different strength portions could be formed in the same part.
  • the molded body produced in this example is used as a framework component for automobiles such as center pillar reinforcement. From the above results, the high-strength region is a load bearing region, and the peripheral portion is excellent in weldability. I understand that. Thus, by using the molded body produced in the present embodiment, spot welding or the like with other parts can be easily performed. In addition, the molded body produced in this example is reinforced only in necessary parts, and can be reduced in weight and manufactured at low cost.
  • FIG. 9 shows the amount of blackening treatment and the heating rate when a near-infrared heated metal plate subjected to blackening treatment that was washed with water and dried after applying a 10% aqueous solution of nickel chloride hexahydrate as a reflectance reduction. It is a characteristic view which shows the relationship. As shown in FIG. 9, it can be seen that the heating rate is improved by increasing the thickness of the blackening treatment. In addition, the metal plate of the characteristic shown in FIG.
  • Example 3 A hot-dip galvanized steel sheet having a composition similar to that of the hot-dip galvanized steel sheet used in Example 2 and having a thickness of 1.6 mm was cut into the shape shown in FIG. The size is a short side of 100 mm, a long side of 170 mm, and a height of 440 mm. Next, after applying a 10% aqueous solution of nickel chloride hexahydrate to the central portion 15 and the peripheral portion 16 of the cut hot-dip galvanized steel sheet, a blackening treatment was performed by washing with water and drying. At this time, like the shape shown in FIG.
  • the central portion 15 is subjected to 0.6 g / m 2 blackening treatment
  • the peripheral portion 16 is subjected to 0.3 g / m 2 blackening treatment to reduce the reflectance.
  • the peripheral edge portion 17 is not blackened.
  • the hot-dip galvanized steel sheet subjected to the blackening treatment was heated by the near infrared heating device so that the central portion 15 was rapidly heated at a temperature rising rate of 120 ° C. per second.
  • the set temperature was 850 ° C.
  • the central portion 15 was heated to 852 ° C.
  • the peripheral portion 16 in which the thickness of the blackening treatment was smaller than that of the central portion 15 was heated to 800 ° C.
  • the ultimate temperature of the peripheral portion 17 having a low radiant heat transfer efficiency was 228 ° C.
  • hot stamping and quenching in the mold were performed on the heated steel sheet by a hot stamping apparatus having a forming load of 200 tons.
  • the strength (TS) of the central portion 15 of the obtained molded body reached 1470 MPa
  • the strength (TS) of the peripheral portion 16 reached 1000 MPa.
  • the strength of the peripheral edge portion 17 was 590 MPa which was almost the same as that of the hot dip galvanized steel sheet, and different strength portions could be formed in the same part.
  • the molded body produced in this example is used as a skeletal component for automobiles such as center pillar reinforcement. From the above results, the high-strength region is used as a load bearing region, and the peripheral portion is excellent in weldability. You can see that Thus, by using the molded body produced in the present embodiment, spot welding or the like with other parts can be easily performed. In addition, the molded body produced in this example is reinforced only in necessary parts, and can be reduced in weight and manufactured at low cost.
  • a hot-dip galvanized steel sheet having a composition similar to that of the hot-dip galvanized steel sheet used in Example 2 and having a thickness of 1.6 mm was cut into the shape shown in FIG. Its size is 135 mm wide and 440 mm long.
  • a 10% aqueous solution of nickel chloride hexahydrate was applied to the entire surface of the metal plate 8 made of a hot dip galvanized steel plate for 5 seconds, then washed with water and dried to give a blackening treatment of 0.6 g / m 2 , and reflected. The rate was reduced to increase the heat transfer efficiency.
  • the metal plate 8 subjected to blackening treatment by the near infrared heating device was rapidly heated at a temperature rising rate of 120 ° C. per second. At this time, the set temperature was 850 ° C. As a result, the metal plate 8 was heated to 852 ° C. over the entire surface.
  • a hot stamping apparatus having a molding load of 200 tons, hot stamping and quenching inside the mold were performed on the metal plate 8 heated in the same manner as before.
  • the molded body produced in the reference example is used as a frame part for automobiles such as side sills.
  • the molded body produced in the reference example is strengthened as a whole, can be reduced in weight, and can be manufactured at low cost.
  • Example 2 A hot-dip galvanized steel sheet having the same composition as in Example 2 and a plate thickness of 1.6 mm was cut into the shape shown in FIG. Its size is 135 mm wide and 440 mm long.
  • the metal plate 9 was not subjected to a blackening treatment for reducing the reflectance, and was heated by the near infrared heating device under the same conditions as in Example 2. At this time, the set temperature was 850 ° C. As a result, it took about 2.5 times the time required in Example 2 until the entire surface of the metal plate 9 was heated to 852 ° C. Next, hot stamping and quenching inside the mold were performed on the metal plate 9 heated in the same manner as before by a hot stamping apparatus having a molding load of 200 tons.
  • the overall strength (TS) of the obtained molded body reached 1470 MPa.
  • the molded body produced in the comparative example is used as a skeletal component for automobiles such as a side sill.
  • the molded body produced in the comparative example is strengthened as a whole and can be reduced in weight, but the productivity is low and it cannot be manufactured at low cost.
  • the near-infrared absorptance is increased in the reflectance reduction treatment region in which the near-infrared reflectivity is lower than the surface of the original metal plate, and the heating efficiency can be increased. For this reason, it becomes possible to intensively heat only a specific portion of the metal plate at a lower cost and with a higher productivity by radiant heat transfer heating.
  • the metal plate for radiant heat transfer heating as described above can be manufactured at low cost by applying etching, etching, or surface material change processing.
  • the temperature of the metal plate is consciously combined by combining the process of forming a portion having a partially different radiant heat transfer efficiency on the surface of the metal plate and the radiant heat transfer heating. It is possible to manufacture a metal processed product having portions with different strengths by performing a heat treatment process that involves cooling such as hot stamping, quenching, or the like.
  • the treatment for making the radiant heat transfer efficiency partially different on the surface of the metal plate includes coating, blasting or rolling, applying irregularities by laser, metal coating by plating or thermal spraying, coloring treatment by immersion in acidic solution, By applying etching or changing the material of the surface layer surface, the cost can be reduced because it can be performed at low cost.
  • these processes can be performed with high productivity, and a free position can be selected as a part where the radiant heat transfer efficiency is partially different. is there.

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Abstract

　近赤外線による輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部に、輻射線の反射率を元の金属板の表面よりも低下させた領域を形成する。反射率低減処理としては、黒色系の塗装または溶射、黒色系のめっき、金属板の表面粗度を粗くする処理、ブラスト処理、エッチング処理、黒色化処理、金属板の表層面の材料変更処理などを採用することができる。そして、その金属板を輻射伝熱加熱することにより部分的に温度の異なる加熱金属板としたうえ、例えばホットスタンプによって冷却を伴う熱処理加工を行う。

Description

輻射伝熱加熱用金属板及びその製造方法、並びに異強度部分を持つ金属加工品及びその製造方法
　本発明は、加工性に優れた輻射伝熱加熱用金属板及びその製造方法、並びに異強度部分を持つ金属加工品及びその製造方法に関する。本願は、２００９年８月６日に日本に出願された特願２００９－１８３２２０号、および、２００９年８月６日に日本に出願された特願２００９－１８３２２１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　自動車用構造部品をはじめとする多くの機械部品は、鋼板やその他の金属板をプレス加工することにより製造されている。ところが、一般的な冷間プレス成形により得られた製品は、内在応力によってスプリングバックが発生しやすく、寸法精度が安定しないという問題がある。この問題を解決する一つの手法として、ホットスタンプと呼ばれる熱間プレスが注目されている。このホットスタンプは、予め所定温度まで加熱しておいた鋼板をプレス成形するとともにプレス金型中で急冷し、焼入れを行う成形方法である。この方法を用いることにより、スプリングバックが発生せず、寸法精度及び強度の高い成形品を製造することができる。
　このホットスタンプを行うためには、予め鋼板の金属組織がオーステナイト単相となる温度域まで加熱しておく必要がある。加熱方法としては、ガス加熱炉などが一般的に用いられているが、ガス加熱炉などでは加熱効率が低く生産性が劣る。そのため、生産性を高めるためには設備を大きくする必要があり、コストが高くなる。そこで、生産性を高める加熱方法として、特許文献１に示されるような通電加熱が提案されている。この通電加熱は、金属板の両端に電極を接触させて通電し、ジュール熱によって加熱する方法であり、エネルギーの無駄が少なく、急速に加熱することができるという利点がある。しかしながら、金属板の形状が四角形ではない異型形状である場合には、断面積の小さい部分に電流が集中してしまうため、所望の領域を均一加熱することができないという問題がある。なお、金属板の特定部分を均一に加熱するためには、レーザー加熱を行うことが考えられるが、設備コストが嵩むうえに生産性が悪いという問題がある。
日本国特開２００４－５５２６５号公報 日本国特開２００６－３０６２１１号公報 日本国特開２００５－３３０５０４号公報 日本国特開２００６－２８９４２５号公報 日本国特開２００９－６１４７３号公報
　従って本発明の第１の目的は、金属板の表面反射率が高い場合にも、簡単に所望の温度にまで加熱することができる輻射伝熱加熱用金属板及びその製造方法を提供することである。
　また本発明の第２の目的は、強度の異なる部分を持つ金属加工品を、低コストで、生産性よく製造することができ、また強度の異なる部分の配置に制約の少ない異強度部分を持つ金属加工品及びその製造方法を提供することである。
　本発明に係る輻射伝熱加熱用金属板は、輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部に、輻射線の反射率を元の金属板の表面よりも低下させた反射率低減処理領域を形成したことを特徴とするものである。また、金属板を、めっき鋼板とすることができる。
　また、本発明に係る輻射伝熱加熱用金属板の製造方法は、輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部に反射率低減処理を行い、輻射線の反射率を元の金属板の表面よりも低下させることを特徴とするものである。
　なお、反射率低減処理としては、塗装、また、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、表層面の材質変更処理などを適用することができるが、これら手法に限定されるものではない。なお、反射率低減処理は黒色系のものが好ましい。いずれの場合にも反射率を４０％以下、好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２５％以下とする。
　また、本発明に係る異強度部分を持つ金属加工品は、金属加工品の表面に輻射線の反射率を低下させた部位が部分的に形成されており、前記輻射線の反射率を低下させた部位と他の部位とのビッカース硬さの差がＨＶ１８０、好ましくはＨＶ２００以上であることを特徴としている。
　また、本発明に係る異強度部分を持つ金属加工品の製造方法は、金属表面処理または表層の材質変更処理により、金属板の表面の一部に輻射線の反射率を低下させた領域を形成し、その金属板を輻射伝熱加熱することにより部分的に温度の異なる加熱金属板としたうえ、冷却を伴う熱処理加工を行うことを特徴とするものである。
　本発明において、金属板の表面の一部に輻射線の反射率を低下させた領域を形成する処理は、塗装、また、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、表層面の材質変更処理などを適用することができるが、これら手法に限定されるものではない。
　また、本発明において、冷却を伴う熱処理加工とは、例えばホットスタンプ加工とすることができ、また焼入れ処理とすることもできる。
　本発明によれば、加熱効率を高めることができ、輻射伝熱加熱によって従来よりも低コストで生産性よく金属板の特定部分のみを集中的に加熱することが可能となる。また、金属加工品として部品設計の自由度が高くなるなど、多くの利点がある。
図１は、全体に反射率低減処理を施した金属板の一例を示す斜視図である。 図２は、一部に反射率低減処理を施した金属板の一例を示す斜視図である。 図３は、本発明の金属加工品を製造する工程を示す図である。 図４は、異強度部分を持つ金属加工品に熱処理加工する前の金属板の一例を示す正面図である。 図５は、加熱温度と焼入れ後の降伏点、引張強度、伸び率との関係を示す特性図である。 図６は、異強度部分を持つ金属加工品の一例を示す正面図である。 図７は、本発明の変形例を示す斜視図である。 図８は、本発明の他の変形例を示す斜視図である。 図９は、反射率処理深さと加熱速度との関係を示す特性図である。 図１０は、強度が均一化された金属加工品に熱処理加工する前の金属板の一例を示す正面図である。 図１１は、全体が均一に高強度化された金属加工品に熱処理加工する前の金属板の一例を示す正面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（輻射伝熱加熱用金属板の製造）
　図１は、表面全体を反射率低減処理領域２とした金属板１を示す図であり、図２は、表面の一部を反射率低減処理領域２とした金属板１を示す図である。
　図１、及び図２に示されるように、本実施形態では金属板１の表面に反射率低減処理を施すことによって、反射率低減処理領域２が形成される。金属板１は、後工程においてホットスタンプが行われる金属板であり、ホットスタンプの直前に近赤外線などによる輻射伝熱加熱が行われるものである。
　金属板１の種類は特に限定されるものではないが、ホットスタンプ用の金属板として代表的なものは、熱延鋼板、冷延鋼板、めっき鋼板である。ここで、めっき鋼板には、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、または電気亜鉛めっき、合金化電気亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっきや、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｉ等を含有した亜鉛－合金めっきが施された鋼板などがあるが、ホットスタンプに適用できるのであれば、これらに限定されない。
　従来、金属板の形状が四角形ではない異型形状である場合には、断面積の小さい部分に電流が集中することとなるから、通電加熱では金属板全体を均一加熱することができなかった。そこで、本発明者は、波長が０．７～２．５μｍの近赤外線ランプを用いた輻射伝熱加熱によって金属製の金属板を所望の温度にまで加熱する方法を試みた。この方法によれば金属板が全体を均一に加熱することができる。しかし自動車用構造部品などとして用いられる金属板の多くは熱延鋼板や冷延鋼板、亜鉛めっきやアルミニウムめっきが施されためっき鋼板であり、近赤外線の大部分が金属板の表面で反射されてしまうため、輻射伝熱加熱による加熱効率は著しく低い。
　本発明者は、Ｃ：０．２２質量％、Ｓｉ：０．１５質量％、Ｍｎ：２．０質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｔｉ：０．０２３質量％、Ａｌ：０．０３５質量％、Ｂ：１５ｐｐｍ、Ｎ：２０ｐｐｍを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、板厚が１．６ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を、短辺１７０ｍｍ、長辺４４０ｍｍに切断し、近赤外線ランプを用いて２０℃から８５０℃まで輻射伝熱加熱して鋼板の温度を測定した。この場合、近赤外線の反射率が高いために昇温速度は３０℃／秒であったが、同じ条件で通電加熱した熱延鋼板では、昇温速度は５８℃／秒であった。このように溶融亜鉛めっき鋼板を近赤外線により輻射伝熱加熱すると昇温速度は非常に低く、その結果として加熱コストが高くなり、加熱速度も遅く生産性が悪い。
　また本発明者は、金属板の特定部分のみを高温に加熱してホットスタンプを行うことにより、成形品に局部的に焼入れを行う方法を試みた。ところが、通電加熱によっても輻射伝熱加熱によっても金属板中の任意部分を集中的に加熱することは容易ではない。このような場合にはレーザー光線によるスポット加熱を行うこととなるが、レーザー加熱は設備コストが嵩むうえに生産性が悪いという問題がある。このため、金属板の特定部分を安価にかつ生産性よく加熱できる技術が求められていた。
　そこで本実施形態では、このような高反射率の金属板１の表面に、近赤外線などの輻射線の反射率を元の金属板１の表面よりも低下させる反射率低減処理を施す。反射率低減処理の具体的な手法としては、塗装、また、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、表層面の材質変更処理などを適用できるが、これら手法に限定されるものではない。なお、これらの反射率低減処理は金属板の片面だけに行っても、表裏両面に行っても良い。また加熱効率の改善を得るためには、反射率低減処理領域２の反射率は４０％以下、好ましくは３０％以下、さらに好ましくは２５％以下であることが好ましい。なお、反射率は次のように測定した。すなわち、島津製分光光度計ＵＶ－３１００ＰＣと、マルチパーパース大型試料室ＭＰＣ－３１００とを用い、メルク社製ＢａＳＯ４で２４００～３００ｎｍ間のベースライン補正をした後、試験材をセットし、入射角８度で拡散反射を含む全反射スペクトルを測定した。得られた全反射スペクトルの波長に相当する反射率を、本発明における反射率と定義した。
　黒色系の塗装は、有機系あるいは無機系の黒色塗料を金属板１の表面に塗装することによって反射率を低減させる手法である。なお、完全な黒色である必要はなく、黒っぽい色彩であればよい。この方法はローラや塗装ガンを用いるだけで簡単に行うことができる。また、適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分だけに簡単に塗装を行うことができるが、スタンプする方法を用いれば、マスキングを行わずに金属板１の任意の部分だけに簡単に塗装を行うこともできる。さらに、黒色系の塗装では、例えば、金属板表面をアルコールなどで脱脂した後に例えば東海カーボン製アクアブラックを塗装することができる。
　金属板表面へ凹凸を付与する処理は、機械的な手法であるショットブラスト処理や圧延、レーザーによって反射率を低減させる手法である。また、何れの場合にも、適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分のみに凹凸を付与して、反射率を低減させることができる。なお、レーザーによる方法の場合は、マスキングによらずに任意の部分にのみレーザーを照射して凹凸を付与してもよい。
　ショットブラスト処理では、例えばブラスト＃２４、４０、６０、８０などを用い、圧延では使用する圧延機の能力に合わせて圧延ロールの粗度を調整する。一方、レーザーによる方法では、ＣＯ２、ＹＡＧ、ファイバーなど発信機の制約はなく、凹凸の与え方は、格子状、縞状、点列状に付与することができる。付与された凹凸は、例えば表面粗さＲａで０．６μｍ以上、好ましくは０．８μｍ以上にすることが好ましい。
　黒色系のめっき処理は、例えば黒色無電解ニッケルめっきを行うことによって反射率を低減させる手法である。また、適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分のみめっき処理し、反射率を低減することができる。
　黒色系の溶射は、例えばＡｌ２Ｏ３-ＴｉＯ２系溶射材料など黒色系の物質をプラズマ溶射することによって反射率を低減させる手法である。なお、完全な黒色である必要はなく、黒っぽい色彩であればよい。また、適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分だけに簡単に溶射して反射率を低減することができる。
　酸性溶液への浸漬による着色処理は、例えばシュウ酸水溶液による黒色化処理によって反射率を低減させる手法である。また、適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分のみ処理し、反射率を低減することができる。
　化学的なエッチング処理は、例えば２５℃の１０％のＨＣｌ水溶液に１０秒浸漬した後、水洗、乾燥する方法によって反射率を低減させる手法である。また、適宜のマスキングを行うことによって金属板１の任意の部分のみ処理し、反射率を低減することができる。
　表層面の材料変更処理は、温度６０℃の塩化ニッケル六水和物の１０％水溶液に５秒間浸漬した後、水洗、乾燥する黒色化方法によって反射率を低減させる手法である。また、適宜のマスキングを行うことによって、金属板１の任意の部分のみ処理し、反射率を低減することができる。
（異強度部分を持つ金属加工品の製造）
　自動車用の構造部品などでは、大きい荷重が加わる部分の強度を高くし、その他の部分は溶接性を考慮して強度を高めたくない場合がある。また、逆に、特定部分のみ強度を低下させておきたい場合もある。このような異強度部分を持つ金属加工品は、以上に記したような本実施形態で反射率低減処理領域が形成された金属板１１を用いて、図３に示す手順によって製造できる。なお金属板１１は、切断やプレスによる打抜き加工で得た金属板に反射率低減処理を行うほか、以下のような方法でも得ることができる。まず、切断やプレスによる打抜き加工を行う前に鋼帯等の金属素材の表面に対して反射率低減処理を施し、輻射伝熱効率が部分的に異なる部位を予め形成しておく。そして、切断やプレスによる打抜き加工を行って金属板１１としてもよい。また、図４に示す例では、反射率低減処理領域の境界が明瞭であるが、輻射伝熱効率を連続的に変化させるように反射率低減処理領域を形成することも可能である。その場合には、反射率低減処理のレベルを連続的に変化させたり、板厚方向の処理の厚さを連続的に変化させたりすればよい。
　次に、この反射率低減処理を施した金属板１１に対して、例えば、近赤外線（波長０．７～２．５μｍ）、中赤外線（波長２．５μｍ～４μｍ）、あるいは遠赤外線（波長４μｍ～１ｍｍ）を照射し、金属板１１全体を均等に輻射伝熱加熱する。近赤外線、中赤外線、あるいは遠赤外線を発生させる輻射伝熱加熱装置としては、ガス加熱炉や、電気加熱炉、赤外線ランプや赤外線ヒータを備えた通常の加熱装置、近赤外線ランプ、近赤外線ヒータなどがある。これにより、反射率を低減させて輻射伝熱効率を高くした中央部１２は急速に加熱される。一方、その他の周縁部１３は反射率が高く輻射伝熱効率が低いため、加熱速度は遅い。この結果、中央部１２が高温であり周縁部１３が比較的低温である加熱金属板を得る。なお、加熱金属板にホットスタンプを行う場合には、高温部は鋼材の金属組織がオーステナイト単相に変態する温度以上にまで昇温されるが、低温部はオーステナイト単相に変態を完了しない温度に留めておくことが好ましい。
　一般的な中赤外線や遠赤外線加熱の２．５μｍ以上の波長に占めるスペクトル量は５０％程度である。これに対し、近赤外線加熱ではスペクトル量が９０％程度であるので高いエネルギー密度を得ることができ、高速加熱が可能な加熱方式としてより好ましい。近赤外線で高速加熱することにより金属板１１の反射率差の効果が大きく現れて金属板１１に温度差を付け易い。一方、ガス加熱炉、電気加熱炉、赤外線ランプ、または赤外線ヒータで加熱すると、金属板１１の温度差を小さくすることができる。
　次に、得られた加熱金属板に対して、冷却を伴う熱処理加工を行う。これは単なる焼入れ加工であってもよいが、好ましくはホットスタンプ加工である。ホットスタンプ加工は成形金型の内部で焼入れを行う加工法であり、反りやスプリングバックが極めて小さい状態でプレス加工が可能である。このような冷却を伴う熱処理加工を行うと、鋼材の金属組織がオーステナイト単相に変態する温度以上にまで昇温された中央部１２は焼入れされて強度が著しく高くなり、オーステナイト単相に変態を完了していない周縁部１３はほぼ元の強度のままとなる。
　図５は、ホットスタンプ開始前の加熱金属板の温度と、ホットスタンプによる焼入れ終了後のＹＰ（降伏強度）、ＴＳ（引張強度）、ＥＬ（伸び率）との関係を示す図である。なお、金属板は、Ｃ：０．２２質量％、Ｓｉ：０．１５質量％、Ｍｎ：２．０質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｔｉ：０．０２３質量％、Ｂ：１５ｐｐｍ、Ａｌ：０．０３５質量％、Ｎ：５０ｐｐｍ以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物の組成を有する鋼板であり、常温における引張強度（以下、単に強度）は６００ＭＰａである。図５に示すように、金属組織がオーステナイト単相に変態する８００～９００℃まで加熱した後にホットスタンプによる焼入れを行うと、強度が１５５０ＭＰａにまで著しく向上する。なお、加熱温度をオーステナイト単相に変態を完了していない７００℃以下とすると、ホットスタンプによる焼入れを行っても強度上昇は認められない。
　このため、加熱金属板の中央部１２を金属組織がオーステナイト単相に変態する温度以上、周縁部１３をオーステナイト単相に変態を完了しない温度としておけば、中央部１２のみが高強度であり、周縁部１３は元の強度のままにすることができ、ビッカース硬さの差がＨＶ１８０以上、好ましくはＨＶ２００以上であることを特徴とする異強度部分を持つ金属加工品を得ることができる。この金属加工品は荷重を受ける中央部１２は強度が高く、溶接性が要求される周縁部１３は元の強度のままであるため、自動車部品として用いるのに好適なものである。このように本実施形態によれば異強度部分を持つ金属加工品を容易に製造することができる。
　また、前述したように反射率低減処理のレベルを連続的に変化させたり、板厚方向の処理厚さを連続的に変化させたりしておくことにより、輻射伝熱効率を水平方向に連続的に変化させることができる。これに伴い、加熱速度も変化するので、加熱終了時には連続的な温度分布を得ることができる。例えば、図６に示すように、亜鉛めっき鋼板の金属板１４に対し、中央部１５の反射率低減処理の厚さを厚くし、周辺部１６の処理厚さを中央部１５より薄くし、周縁部１７は反射率低減処理を施さないものとする。そして、中央部１５を金属組織がオーステナイト単相に変態する温度以上に加熱することにより、周辺部１６をオーステナイト単相に変態する近傍の温度とし、さらに、周縁部１７をオーステナイト単相に変態を完了しない温度とする。これにより、中央部１５は最も高強度となり、周辺部１６は中央部１５より強度が低いが周縁部１７より強度が高く、周縁部１７は元の強度のままにした異強度部分を持つ金属加工品を得ることができる。この金属加工品は、最も高い荷重を受ける中央部１５で最も強度が高く、次に高い荷重を受ける周辺部１６の強度が高く、溶接性が要求される周縁部１４は元の強度のままであるため、自動車部品として用いるに好適なものである。このように本実施形態によれば、連続的に異強度部分を持つ金属加工品を容易に製造することができる。
　なお、異強度部分の配置は任意であり、図４に示す金属板１１の中央部１２や、図６に示す金属板１４の中央部１５及びその周辺部１６のような位置以外に、異強度部分を配置してもよい。例えば、図７に示すように、折り曲げる位置を異強度部分とし、折り曲げ部分を強化したり、図８に示すように異強度部分をバンド状に形成したりしてもよい。
　従来法と比較した本発明方法の利点をまとめると次の通りである。
　本実施形態に係る方法によれば、予め異種の金属板を溶接してテーラード金属板を製作したうえでこれを加工し、部分的に異なる強度を持たせるテーラードブランク法と比較すると、予備金属板加工や溶接加工が不要であり、複数種類の材料を用いる必要がない。このため、製造コストが安価になる。また、テーラードブランク法では強度変化部となる溶接線の位置や本数に制約があったが、本実施形態ではそのような制約はなく、自由な位置にマスキングをして反射率低減処理を行うことにより、自由な位置に自由な形状の異強度部分を形成することができる。
　また、部品成形前あるいは部品成形後の部分焼入れ法と比較すると、工程数が少なく設備費用が安価であるから製造コストが安価になる。また、部分焼入れ法よりも異強度部分の形状は配置の自由度が大きい。
　このように本実施形態によれば、単一の部品内で強度が必要な部分のみを強化することができるため、部品全体を強化する必要がなく、部品重量を軽量化することができる。また単一の部品内で強度を上昇させていない部位を設けることができるので、他の部品との溶接が容易である。更に温間あるいは熱間で成形するため、部品形状の自由度を大きくとれ、反りやスプリングバックを小さくできるという利点もある。
（実施例１）
　表１に、金属板に本発明による反射率低減処理を行い、その効果をまとめた。板厚が１．６ｍｍの鋼板を、短辺１７０ｍｍ、長辺４４０ｍｍに切断し、近赤外線ランプを用いて２０℃から８５０℃まで輻射伝熱加熱した。加熱速度は、２０℃から８５０℃まで温度差と加熱するのに要した時間との比で求めた。Ｎｏ．１～１０が実施例、Ｎｏ．１１以下が比較例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また本発明では、図２に示したように、マスキングすることによって金属板１の特定部分にのみ反射率低減処理領域２を形成することができる。
　上記したように、本発明によれば金属板１の特定部分にのみ反射率低減処理領域２を形成して輻射伝熱加熱するだけでよいため、レーザー加熱と比較して設備コストが嵩むこともなく、生産性良く部分的に異なる強度を持つ成形部品を得ることができる。従来のテーラードブランク部品と比較して安価に製作でき、異強度部分の配置が自由であり、単一種類の素材でよい等の多くの利点がある。
（実施例２）
　Ｃ：０．２２質量％、Ｓｉ：０．１５質量％、Ｍｎ：２．０質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｔｉ：０．０２３質量％、Ａｌ：０．０３５質量％、Ｂ：１５ｐｐｍ、Ｎ：５０ｐｐｍ以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、板厚が１．６ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を、図４に示した形状に切断した。そのサイズは、短辺１００ｍｍ，長辺１７０ｍｍ，高さ４４０ｍｍであった。次に、溶融亜鉛めっき鋼板の中央部１２に、塩化ニッケル六水和物の１０％水溶液を塗布した後、水洗、乾燥する黒色化処理を０．６ｇ/ｍ２施し、反射率を低減させて輻射伝熱効率を高くした部分を形成した。なお、周縁部１３は、黒色化処理を施していない。
　次に、近赤外線加熱装置によって中央部１２を毎秒１２０℃の昇温速度で急速加熱するように、黒色化処理を施した溶融亜鉛めっき鋼板を加熱した。このとき、設定温度は８５０℃とした。その結果、中央部１２は８５２℃にまで加熱されたが、輻射伝熱効率が低い周縁部１３の到達温度は２２８℃であった。そして、成形荷重が２００トンのホットスタンプ装置により、従来と同様に加熱された鋼板に対してホットスタンプ成形と金型内部における焼入れとを行った。
　成形体の引張強度（ＴＳ）を測定したところ、得られた成形体の中央部１２の強度（ＴＳ）は１４７０ＭＰａに達したが、周縁部１３の強度は素材である溶融亜鉛めっき鋼板とほぼ同じ５９０ＭＰａであり、同一部品中に異強度部分を形成することができた。本実施例で作製された成形体は、例えばセンターピラーリインフォースといった自動車用の骨格部品として用いるものであり、以上の結果から、高強度の領域を荷重負担領域とし、周縁部は溶接性に優れていることがわかる。このように本実施例で作製された成形体を用いることにより、他の部品とのスポット溶接等を容易に行うことができる。また、本実施例で作製された成形体は必要部分のみを強化したものであり、軽量化を図ることができるとともに、安価に製造できる。
　図９は、反射率低減として塩化ニッケル六水和物の１０％水溶液を塗布した後、水洗、乾燥する黒色化処理を施した金属板を近赤外線加熱したときの黒色化処理量と加熱速度との関係を示す特性図である。図９に示すように、黒色化処理の厚さを大きくすると加熱速度は向上することがわかる。なお、図９に示す特性の金属板は、Ｃ：０．２２質量％、Ｓｉ：０．１５質量％、Ｍｎ：２．０質量％、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．００５質量％以下、Ｔｉ：０．０２３質量％、Ａｌ：０．０３５質量％、Ｂ：１５ｐｐｍ、Ｎ：５０ｐｐｍ以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する鋼板であり、常温強度は６００ＭＰａである。
（実施例３）
　実施例２で用いた溶融亜鉛めっき鋼板と同様の組成を有し、板厚が１．６ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を、図６に示した形状に切断した。そのサイズは、短辺１００ｍｍ、長辺１７０ｍｍ、高さ４４０ｍｍである。次に、切断した溶融亜鉛めっき鋼板の中央部１５及び周辺部１６に塩化ニッケル六水和物の１０％水溶液を塗布した後、水洗、乾燥する黒色化処理を行った。このとき、図６に示す形状のように、中央部１５は０．６ｇ/ｍ２黒色化処理を施し、周辺部１６は０．３ｇ/ｍ２黒色化処理を施して、反射率を低減させて輻射伝熱効率を高くした部分を形成した。なお、周縁部１７は黒色化処理を施していない。
　次に、近赤外線加熱装置によって、中央部１５を毎秒１２０℃の昇温速度で急速加熱するように、黒色化処理を施した溶融亜鉛めっき鋼板を加熱した。このとき、設定温度は８５０℃とした。その結果、中央部１５は８５２℃にまで加熱され、黒色化処理の厚さが中央部１５よりも小さい周辺部１６は８００℃まで加熱された。一方、輻射伝熱効率の低い周縁部１７の到達温度は２２８℃であった。そして、成形荷重が２００トンのホットスタンプ装置により、従来と同様に加熱された鋼板に対してホットスタンプ成形と金型内部における焼入れとを行った。
　成形体の引張強度（ＴＳ）を測定したところ、得られた成形体の中央部１５の強度（ＴＳ）は１４７０ＭＰａに達し、周辺部１６の強度（ＴＳ）は１０００ＭＰａに達した。一方、周縁部１７の強度は素材である溶融亜鉛めっき鋼板とほぼ同じ５９０ＭＰａであり、同一部品中に異強度部分を形成することができた。本実施例で作製された成形体は、例えばセンターピラーリインフォースメントといった自動車用の骨格部品として用いるものであり、以上の結果から、高強度の領域を荷重負担領域とし、周縁部は溶接性に優れていることがわかる。このように本実施例で作製された成形体を用いることにより、他の部品とのスポット溶接等を容易に行うことができる。また、本実施例で作製された成形体は必要部分のみを強化したものであり、軽量化を図ることができるとともに、安価に製造できる。
（参考例）
　実施例２で用いた溶融亜鉛めっき鋼板と同様の組成を有し、板厚が１．６ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を、図１０に示した形状に切断した。そのサイズは、幅１３５ｍｍ、長さ４４０ｍｍである。次に、溶融亜鉛めっき鋼板からなる金属板８の全面に、塩化ニッケル六水和物の１０％水溶液を５秒間塗布した後、水洗、乾燥する黒色化処理を０．６ｇ/ｍ２施し、反射率を低減させて輻射伝熱効率を高くした処理を施した。
　次に、近赤外線加熱装置によって黒色化処理を施した金属板８を毎秒１２０℃の昇温速度で急速加熱した。このとき、設定温度は８５０℃とした。その結果、金属板８は全面において８５２℃にまで加熱された。成形荷重が２００トンのホットスタンプ装置により、従来と同様に加熱された金属板８に対してホットスタンプ成形と金型内部における焼入れとを行った。
　成形体の引張強度（ＴＳ）を測定したところ、得られた成形体は、全体の強度（ＴＳ）が１４７０ＭＰａに達した。異強度部分は形成されていないが、素材である溶融亜鉛めっき鋼板の表面のままよりも高速で加熱することができた。参考例で作製した成形体は例えばサイドシルといった自動車用の骨格部品として用いるものである。参考例で作製した成形体は全体を強化したものであり、軽量化を図ることができるとともに、安価に製造できる。
（比較例）
　実施例２と同様の組成を有し、板厚が１．６ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を、図１１に示した形状に切断した。そのサイズは、幅１３５ｍｍ、長さ４４０ｍｍである。そして、金属板９には反射率を低減させる黒色化処理は施さず、近赤外線加熱装置によって、実施例２と同じ条件で加熱した。このとき、設定温度は８５０℃とした。その結果、金属板９の全面が８５２℃に加熱されるまで、実施例２で要した時間の約２．５倍の時間を要した。次に、成形荷重が２００トンのホットスタンプ装置により、従来と同様に加熱された金属板９に対してホットスタンプ成形と金型内部における焼入れとを行った。
　成形体の引張強度（ＴＳ）を測定したところ、得られた成形体は、全体の強度（ＴＳ）が１４７０ＭＰａに達した。異強度部分は形成されていないが、反射率を低減させる黒色化処理を行っていないので、低速での昇温となり、多くの時間を要した。比較例で作製した成形体は、例えばサイドシルといった自動車用の骨格部品として用いるものである。比較例で作製した成形体は、全体を強化したものであり、軽量化を図ることができるが、生産性が低く安価に製造できない。
　本発明によれば、近赤外線の反射率を元の金属板の表面よりも低下させた反射率低減処理領域において近赤外線の吸収率が高まり、加熱効率を高めることができる。このため、輻射伝熱加熱によって従来よりも低コストで生産性よく金属板の特定部分のみを集中的に加熱することが可能となる。
　また、本発明の他の特徴によれば、金属板の特定部分に対して黒色系の塗装、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、または表層面の材質変更処理などを適用することにより上記のような輻射伝熱加熱用金属板を安価に製造することができる。
　また、本発明のその他の特徴によれば、金属板の表面に輻射伝熱効率が部分的に異なる部位を形成する処理と、輻射伝熱加熱とを組み合わせることによって、金属板の温度を意識的に変化させておき、ホットスタンプ加工や焼入れや等の冷却を伴う熱処理加工を行うことによって、強度の異なる部分を持つ金属加工品を製造することができる。このように金属板の表面の輻射伝熱効率が部分的に異なるようにする処理は、塗装、ブラストや圧延、レーザーなどによる凹凸付与、めっきや溶射による金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理やエッチング、または表層面の材質変更処理などを適用することよって安価に行うことができるため、コストアップが小さく済む。また、これらの処理は生産性よく行うことができるうえ、輻射伝熱効率が部分的に異なる部位として自由な位置を選択することができるので、部品設計の自由度が高くなるなど、多くの利点がある。
　１　金属板
　２　反射率低減処理領域
１１、１４　金属板
１２、１５　中央部
１３、１７　周縁部
１６　周辺部

Claims (13)

  1. 　輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部に、輻射線の反射率を低下させた反射率低減処理領域が形成されていることを特徴とする輻射伝熱加熱用金属板。
  2. 　前記反射率低減処理領域が、４０％以下の反射率であることを特徴とする請求項１記載の輻射伝熱加熱用金属板。
  3. 　前記金属板が、めっき鋼板であることを特徴とする請求項１記載の輻射伝熱加熱用金属板。
  4. 　輻射伝熱加熱が行われる金属板の表面の一部に反射率低減処理を行い、輻射線の反射率を低下させることを特徴とする輻射伝熱加熱用金属板の製造方法。
  5. 　前記反射率低減処理においては、４０％以下の反射率にすることを特徴とする請求項４記載の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法。
  6. 　前記反射率低減処理が、塗装、凹凸付与、金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理、及びエッチングのうちのいずれかであることを特徴とする請求項４記載の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法。
  7. 　前記反射率低減処理が、表層面の材質変更処理であることを特徴とする請求項４記載の輻射伝熱加熱用金属板の製造方法。
  8. 　金属加工品の表面に輻射線の反射率を低下させた部位が部分的に形成されており、前記輻射線の反射率を低下させた部位と他の部位とのビッカース硬さの差がＨＶ１８０以上であることを特徴とする異強度部分を持つ金属加工品。
  9. 　前記輻射線の反射率を低下させた部位と他の部位とのビッカース硬さの差がＨＶ２００以上であることを特徴とする請求項８記載の異強度部分を持つ金属加工品。
  10. 　金属表面処理または表層面の材質変更処理により、金属板の表面の一部に輻射線の反射率を低下させた領域を形成し、その金属板を輻射伝熱加熱することにより部分的に温度の異なる加熱金属板としたうえ、冷却を伴う熱処理加工を行うことを特徴とする異強度部分を持つ金属加工品の製造方法。
  11. 　前記金属表面処理が、塗装、凹凸付与、金属被覆、酸性溶液への浸漬による着色処理、及びエッチングのうちののいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の異強度部分を持つ金属加工品の製造方法。
  12. 　前記冷却を伴う熱処理加工が、ホットスタンプ加工であることを特徴とする請求項１０記載の異強度部分を持つ金属加工品の製造方法。
  13. 　前記冷却を伴う熱処理加工が、焼入れ処理であることを特徴とする請求項１０記載の異強度部分を持つ金属加工品の製造方法。
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