(57)【要約】【課題】圧延法以外の方法を用いて、製造コストを抑えて効率的に差厚鋼板製品を製造する製造装置を提供する。【解決手段】差厚鋼板製品の製造ライン１は、被加工鋼板を加熱する加熱装置１０と、加熱装置によって加熱された被加工鋼板から差厚鋼板を鍛造する鍛造装置２０と、鍛造装置によって鍛造された差厚鋼板を温間プレス成形して差厚鋼板製品を製造する温間プレス装置３０とを具備する。温間プレス装置は、製造ラインにおいて鍛造装置の下流側に配置されると共に、鍛造装置によって鍛造された差厚鋼板の温度が常温に達する前に温間プレス成形が行われるように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工鋼板を加熱する加熱装置と、該加熱装置によって加熱された被加工鋼板から差厚鋼板を鍛造する鍛造装置と、該鍛造装置によって鍛造された差厚鋼板を温間プレス成形して差厚鋼板製品を製造する温間プレス装置とを具備する、差厚鋼板製品の製造ラインにおいて、
前記温間プレス装置は、当該製造ラインにおいて前記鍛造装置の下流側に配置されると共に、前記鍛造装置によって鍛造された差厚鋼板の温度が常温に達する前に温間プレス成形が行われるように配置される、差厚鋼板製品の製造ライン。
【請求項２】
前記鍛造装置の下流側であって前記温間プレス装置の上流側に、前記鍛造装置によって鍛造された差厚鋼板の外形が所定の形状になるように打ち抜きを行う打ち抜き装置をさらに具備する、請求項１に記載の差厚鋼板製品の製造ライン。
【請求項３】
被加工鋼板を加熱する加熱工程と、該加熱工程において加熱された被加工鋼板から差厚鋼板を鍛造する鍛造工程と、該鍛造工程において鍛造された差厚鋼板を温間プレス成形して差厚鋼板製品を製造する温間プレス工程とを含む、差厚鋼板製品の製造方法において、
前記温間プレス工程では、前記鍛造工程によって鍛造された差厚鋼板の温度が常温に達する前に温間プレス成形が行われる、差厚鋼板製品の製造方法。
【請求項４】
前記鍛造工程と前記温間プレス工程との間では、前記差厚鋼板の加熱は行われない、請求項３に記載の差厚鋼板製品の製造方法。
【請求項５】
前記鍛造工程によって鍛造された差厚鋼板の外形が所定の形状になるように打ち抜きを行う打ち抜き工程をさらに具備し、該打ち抜き工程は前記温間プレス工程よりも先に行われる、請求項３又は４に記載の差厚鋼板製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温間鍛造装置を用いて差厚鋼板製品を製造する製造ライン及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費を向上させるために、その軽量化が推進されている。このような軽量化の方法の一つとして、自動車のボディを構成する金属材料を改良することが挙げられる。具体的には、自動車のボディの構成部材の鋼材を薄手且つ高強度な鋼材に変更する方法や、構成部材の材料を鋼よりも比重の軽いアルミニウム合金やマグネシウム合金に変更する方法に加え、許容される性能が確保できる限界まで構成部材の板厚を薄くすべく構成部材に板厚分布を付ける方法などが挙げられる。
【０００３】
このうち構成部材に板厚分布を付ける方法に関して、板厚分布が付けられた鋼板は一般に差厚鋼板と呼ばれている。差厚鋼板には用途に応じて様々な種類がある。例えば、長さ２０００ｍｍ程度、幅５００ｍｍ程度の材料に長手方向両端から３００ｍｍまでは板厚２ｍｍ、中央部は板厚１．６ｍｍの凹型のもの（板厚２水準対称型）や、逆に長手方向両端から３００ｍｍまでは板厚１．８ｍｍ、中央部は板厚２．０ｍｍの凸型のもの（板厚２水準対称型）等が挙げられる。その他にも、板厚が長手方向にテーパ状に変化したものや、板厚多水準の対称型又は非対称型のもの等が挙げられる。
【０００４】
このような差厚鋼板の製造装置としては、例えば、圧延機を用いて、圧延中にワークロールの圧下位置（ロールギャップ）を操作する装置が考えられる（例えば、特許文献１）。特に、特許文献１に記載の圧延装置では、圧延荷重を検出するロードセルが設けられると共に、ロードセルによって検出される圧延荷重が、要求される板厚に基づいて算出された要求荷重となるように圧下装置が制御される。なお、本明細書では圧延機を用いて差厚鋼板を製造する装置を、特に、「圧延法による差厚鋼板の製造装置」と称する。
【０００５】
ところで、圧延法による差厚鋼板の製造装置としては、圧延機出側に設けられた板厚検出装置により圧延機出側における被圧延材の板厚を検出し、その検出値に基づいて圧下位置を制御するものが考えられる。しかしながら、差厚鋼板では板厚が一定な部分の圧延方向の長さは一般に短い。このため、ロールバイト出口から板厚検出装置までに或る程度の距離があることから無駄時間が生じるので、この装置では適切な板厚制御を行うことができない。
【０００６】
また、圧延法による差厚鋼板の別の製造装置としては、圧延機入側における被圧延材の板厚及び速度と圧延機出側における被圧延材の速度とを検出し、マスフロー一定則を用いて圧延機出側における被圧延材の板厚を推定し、その推定値に基づいて圧下位置を制御するものも考えられる。しかしながら、マスフロー一定則を用いた装置でも圧延機出側における被圧延材の速度を検出する装置をロールバイト出口の直近に設置することは困難であるため無駄時間が生じることと、被圧延材に幅広がりが生じること等によって被圧延材の板厚に推定誤差が生じることからこの装置によっても適切な板厚制御を行うことができない。その上、この装置では、複数の速度検出装置及び板厚検出装置が必要になることから、設備コストも上昇してしまう。
【０００７】
このような状況を考慮して、圧延法による差厚鋼板の製造装置としては、プリセット圧延法及び絶対値圧延法を用いた装置が提案されている。プリセット圧延方法では、圧延機の圧下位置とこの圧延機によって圧延された被圧延材の板厚との関係が予め実験や数値計算等により求められる。圧延中には、圧延機によって圧延されている被圧延材のうち圧延機によって既に圧延された部分の圧延方向の長さである圧延長がワークロールの回転速度に基づいて算出されると共に、予め求められた圧下位置と圧延後の板厚との関係と、算出された圧延長とに基づいて被圧延材の板厚パターンが目標板厚パターンとなるように圧下位置が制御される。
【０００８】
また、絶対値圧延法では、圧延荷重と圧延機の変形との関係（圧延機の変形特性）が予め実験や数値計算等により求められる。圧延中には、圧延長がワークロールの回転速度に基づいて算出されると共に、圧延荷重を検出して予め求められた圧延機の変形特性と検出された圧延荷重とに基づいてロールバイト出口における被圧延材の板厚が推定される。そして、算出された圧延長に基づいてこのようにして推定された板厚が目標板厚となるように圧下位置が制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−２８１０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述したように、圧延法による差厚鋼板の製造装置では、基本的に、圧延機の圧下位置を変化させることで被圧延材の板厚を変化させるようにしている。このような装置を用いた場合、差厚鋼板の製造速度（生産性）を速めるためには、圧下位置の制御速度を高めることが必要になる。一般に、油圧圧下装置は応答性が高いことから、圧下位置の制御速度を高めるためには油圧圧下装置の設置が必須となる。ところが、油圧圧下装置は高価であるため、設備コストが高くなり、結果として差厚鋼板の製造コストの上昇を招く。このため、油圧圧下装置を用いずに、すなわち圧延法以外の方法を用いて、製造コストを抑えて効率的に差厚鋼板を製造する製造装置が望まれている。
【００１１】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、圧延法以外の方法を用いて、製造コストを抑えて効率的に差厚鋼板製品を製造する製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明者らは、鋭意研究を行い、圧延法に換えて温間鍛造により差厚鋼板を製造しうること、及び、温間鍛造後に温間プレス成形を行う場合には温間鍛造後において差厚鋼板の温度の高い状態で温間プレスを行うことによって、熱エネルギを効率的に利用することができ、その結果、製造コストを抑えて効率的に差厚鋼板製品を製造することができることを見出した。
【００１３】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１）被加工鋼板を加熱する加熱装置と、該加熱装置によって加熱された被加工鋼板から差厚鋼板を鍛造する鍛造装置と、該鍛造装置によって鍛造された差厚鋼板を温間プレス成形して差厚鋼板製品を製造する温間プレス装置とを具備する、差厚鋼板製品の製造ラインにおいて、前記温間プレス装置は、当該製造ラインにおいて前記鍛造装置の下流側に配置されると共に、前記鍛造装置によって鍛造された差厚鋼板の温度が常温に達する前に温間プレス成形が行われるように配置される、差厚鋼板製品の製造ライン。
（２）前記鍛造装置の下流側であって前記温間プレス装置の上流側に、前記鍛造装置によって鍛造された差厚鋼板の外形が所定の形状になるように打ち抜きを行う打ち抜き装置をさらに具備する、上記（１）に記載の差厚鋼板製品の製造ライン。
（３）被加工鋼板を加熱する加熱工程と、該加熱工程において加熱された被加工鋼板から差厚鋼板を鍛造する鍛造工程と、該鍛造工程において鍛造された差厚鋼板を温間プレス成形して差厚鋼板製品を製造する温間プレス工程とを含む、差厚鋼板製品の製造方法において、前記温間プレス工程では、前記鍛造工程によって鍛造された差厚鋼板の温度が常温に達する前に温間プレス成形が行われる、差厚鋼板製品の製造方法。
（４）前記鍛造工程と前記温間プレス工程との間では、前記差厚鋼板の加熱は行われない、上記（２）に記載の差厚鋼板製品の製造方法。
（５）前記鍛造工程によって鍛造された差厚鋼板の外形が所定の形状になるように打ち抜きを行う打ち抜き工程をさらに具備し、該打ち抜き工程は前記温間プレス工程よりも先に行われる、上記（３）又は（４）に記載の差厚鋼板製品の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の差厚鋼板の製造装置によれば、圧延法以外の方法を用いて、製造コストを抑えて効率的に差厚鋼板を製造する製造装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係る差厚鋼板の製造ラインを概略的に示す図である。
【図２】図２は、製造される差厚鋼板の例を示す図である。
【図３】図３は、鍛造装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】図４は、差厚鋼板をプレス成形することで製造された差厚鋼板製品の例を概略的に示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第二実施形態に係る差厚鋼板の製造ラインを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１７】
図１は本発明の第一実施形態に係る圧延方向に板厚差を有する差厚鋼板の製造ライン１を概略的に示す図である。図１に示すように、製造ライン１は、ワーク（被加工鋼板）Ｗを加熱する加熱装置１０と、当該製造ライン１において加熱装置１０の下流側に配置された鍛造装置２０と、鍛造装置２０の下流側に配置された打ち抜き装置４０と、打ち抜き装置４０の下流に配置された温間プレス装置３０を具備する。
【００１８】
また、製造ライン１は、ワークＷを、加熱装置１０、鍛造装置２０、打ち抜き装置４０、温間プレス装置３０の順に搬送する搬送装置５０を具備する。図１からわかるように、本実施形態では、搬送装置５０は互いに平行に一列に並んだ複数のローラ５１を具備する。各ローラ５１は、駆動装置（図示せず）によって同一方向に回転駆動され、これによって、搬送装置５０上に配置されたワークＷが図１に矢印で示した方向に搬送される。なお、搬送装置５０のローラ５１は全てが回転駆動されていなくてもよく、一部のローラ５１は自由に回転することができるように構成されてもよい。
【００１９】
加熱装置１０は、ワークＷを再結晶温度以上の目標温度（例えば、１１００〜１２５０℃）まで加熱する。本実施形態では、加熱装置１０は、燃料を燃焼させることによって加熱を行う連続加熱炉である。したがって、加熱装置１０内において搬送装置５０上を搬送されている間にワークＷは連続加熱され、その温度が徐々に上昇する。加熱装置１０の入口においては常温であるワークＷは、加熱装置１０の出口に到達するまでに目標温度にまで加熱される。なお、加熱装置１０は必ずしも加熱炉でなくてもよく、通電加熱によって加熱を行う通電加熱装置、又は誘導加熱によって加熱を行う誘導加熱装置であってもよい。
【００２０】
ところで、通常、金属材料を塑性変形させて加工するには、極めて大きな力を要する。例えば、鋼材を温間で鍛造する場合、鍛造部品の大きさにもよるが、通常、数百トンから数千トンの加圧力が必要である。また、この力に耐えるため、鍛造装置自体も頑丈に作られ、その重さも数十トン以上にもなる。
【００２１】
ここで、単位面積当たりの加圧力に相当する変形抵抗は、温度の上昇と共に低下し、例えば、ＪＩＳ鋼ＳＣｒ４２０では、８００℃の加熱で室温の１／２、１０００℃の加熱で室温の１／３、１２００℃の加熱で室温の１／６程度に減少する。そのため、同じ形状の部品を、温度を変えて鍛造した場合は、高温での鍛造の方がより少ない加圧力で成形を行うことができるため、鍛造装置の小型化に有利である。
【００２２】
そこで、本発明では、ワーク（被加工鋼板）Ｗを予め加熱した上で鍛造を行うことで、鍛造に必要な加圧力を小さくするようにしている。これにより、鍛造装置２０の圧下装置にて必要とされる加圧力（圧下力）を小さなものとすることができ、よって鍛造装置２０を安価なものとすることができる。
【００２３】
次に、図２及び図３を参照して、鍛造装置２０について説明する。図２は、鍛造装置２０によって製造される差厚鋼板の例を示す図である。図３は、本実施形態の鍛造装置２０の構成を概略的に示す図である。図３に示したように、鍛造装置２０は、本体フレーム２１と、圧下装置２２と、スライダ２３と、上金型２４と、下金型２５とを具備する。図２に示した例では、ワークは図３の紙面に対して垂直な方向に搬送される。
【００２４】
圧下装置２２は、電動の圧下装置であり、本体フレーム２１の上部に固定される。スライダ２３は、本体フレーム２１に対して摺動可能に配置され、圧下装置２２に連結される。スライダ２３は、圧下装置２２の作動に伴って、本体フレーム２１に対して上方へ及び下方へ摺動せしめられる。上金型２４は、スライダ２３の下面に固定される。したがって、上金型２４は、スライダ２３の移動に伴って上方へ及び下方へ移動せしめられる可動金型として機能する。一方、下金型２５は、本体フレーム２１に固定され、固定金型として機能する。
【００２５】
このように、上金型２４は下金型２５に対して相対的に移動可能である。そして、これら金型２４、２５間にワークＷが配置されているときにこれら金型２４、２５を閉じるように上金型２４を移動させることにより、ワークＷの鍛造が行われる。
【００２６】
特に、図３に示した例では、上金型２４及び下金型２５のプレス面には複数の段が設けられている。この結果、鍛造装置２０により鍛造を行うと、図２に示した差厚鋼板が製造される。なお、図１及び図３に示した例では、ワークＷの進行方向に対して垂直な方向に板厚差が形成されるように差厚鋼板を製造している。しかしながら、ワークＷの進行方向に板厚差が形成されるように差厚鋼板を製造してもよいし、ワークＷの進行方向及び進行方向に対して垂直な方向に板厚差が形成されるように差厚鋼板を製造してもよい。
【００２７】
打ち抜き装置４０は、ワークＷの外形が所定の形状になるようにワークＷの打ち抜きを行う打ち抜き装置である。ワークＷは、打ち抜き装置４０よりも上流側に配置された鍛造装置２０より鍛造されると、鍛造装置２０に入る前の外形とは異なる外形となる。このため、温間プレス装置３０内にワークＷが搬送される前にワークＷの外形を、温間プレス装置３０におけるプレス成形に適した形状とすべく、打ち抜き装置４０により打ち抜きがおこなわれる。
【００２８】
次に、温間プレス装置３０は、鍛造装置２０と同様に、圧下装置（図示せず）、スライダ（図示せず）、上金型３４、下金型３５を具備する。温間プレス装置３０では、下金型３５上にワークＷ（鍛造装置２０によって鍛造された差厚鋼板）を配置した状態で、上金型３４を下金型３５に向けて移動させることで、ワークＷのプレス成形を行う。この結果、温間プレス装置３０により、所望の形状の差厚鋼板製品が製造される。具体的には、例えば、図２に示したような差厚鋼板をプレス成形することで、図４に示したような差厚鋼板製品が製造される。図４に示した例では、プレス成形として、曲げ加工が行われている。
【００２９】
ここで、鍛造装置２０における鍛造では、ワークＷの板厚が大きく変化する。したがって、鍛造装置２０における鍛造では、板厚の変化を伴う成形が行われるといえる。これに対して、温間プレス装置３０におけるプレス成形では、ワークＷの板厚はほとんど変化しない。したがって、温間プレス装置３０におけるプレス成形では、ほとんど板厚の変化を伴わない成形が行われるといえる。具体的には、温間プレス装置３０におけるプレス成形では、主に、目的の形状に合わせて、板材の曲げ加工が行われる。
【００３０】
また、本実施形態では、温間プレス装置３０は、鍛造装置２０に近接して設けられる。このため、鍛造装置２０から搬出されたワークＷは、その温度がほとんど低下しないうちに、すなわち高温のままで、温間プレス装置３０に搬入される。このため、加熱装置１０により一度加熱しただけで、鍛造装置２０における鍛造及び温間プレス装置３０によるプレスの２回を行うことができる。したがって、加熱装置１０によってワークＷに加えられた熱エネルギを効率的に利用することができる。
【００３１】
このため、本実施形態では、鍛造装置２０と温間プレス装置３０との間にはワークＷを加熱する加熱装置は設けられず、したがって鍛造装置２０による鍛造と温間プレス装置による温間プレスとの間でワークＷの加熱は行われない。
【００３２】
なお、本実施形態では、鍛造装置２０によって鍛造されたワークＷの温度が常温に達する前に、好ましくはワークＷの温度が温間プレスに必要な温度以下に低下する前に、温間プレス装置３０によって温間プレス形成が行われればよい。このように温間プレス成形を行う限り、常温のワークＷを温間プレス成形するよりも熱エネルギを効率的に利用することができる。
【００３３】
次に、図５を参照して、本発明の第二実施形態の製造ラインについて説明する。第二実施形態の製造ラインは、基本的に第一実施形態の製造ラインと同様な構成を有する。しかしながら、第二実施形態の製造ライン２では、加熱装置１０と鍛造装置２０との間、鍛造装置２０と打ち抜き装置４０との間、および打ち抜き装置４０と温間プレス装置３０との間に搬送通路を覆う断熱材が設けられる。
【００３４】
図５は、第二実施形態の差厚鋼板の製造ライン２を概略的に示す図である。図５からわかるように、加熱装置１０と鍛造装置２０との間においては、ワークＷの搬送通路（すなわち、搬送装置５０の複数のローラ５１上の通路）覆うように断熱材６１が設けられる。これにより、加熱装置１０と鍛造装置２０との間でワークＷの温度が低下してしまうことが抑制される。なお、本実施形態では、加熱装置１０と鍛造装置２０とは別体として構成されているが、これら装置１０、２０は一体的な装置として構成されてもよい。
【００３５】
また、図５からわかるように、鍛造装置２０と打ち抜き装置４０との間及び打ち抜き装置４０と温間プレス装置３０との間においては、ワークＷの搬送通路を覆うように断熱材６２、６３がそれぞれ設けられる。これにより、鍛造装置２０と温間プレス装置３０との間でワークＷの温度が低下するのを抑制することができる。このため、加熱装置１０によってワークＷに加えられた熱エネルギを、より効率的に利用することができるようになる。
【符号の説明】
【００３６】
１    製造ライン
２    製造ライン
１０    加熱装置
２０    鍛造装置
２１    本体フレーム
２２    圧下装置
２３    スライダ
２４    上金型
２５    下金型
３０    温間プレス装置
３４    上金型
３５    下金型
４０    打ち抜き装置
５０    搬送装置
５１    ローラ
６１    断熱材
６２    断熱材
Ｗ    金属ストリップ
【図１】
2014226712.tif 000003
【図２】
2014226712.tif 000004
【図３】
2014226712.tif 000005
【図４】
2014226712.tif 000006
【図５】
2014226712.tif 000007