(57)【要約】【課題】亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上に加熱してからプレス成形するホットプレス成形において、プレス成形時に金型の表面に亜鉛が付着するのを抑制する技術を提供する。【解決手段】ホットプレス成形方法は、鋼板と亜鉛メッキ層を含む亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上である第１の温度に至るまで加熱して鋼板をオーステナイト単相とする第１の工程（S110）と、亜鉛メッキ鋼板を冷却装置に搬送し、亜鉛メッキ鋼板を、亜鉛メッキ層が固相状態となる温度以下であって、オーステナイト相の他の相への変態完了温度より高い、第２の温度に至るまで冷却する第２の工程（S120、S130）と、亜鉛メッキ鋼板をプレス成形機に搬送し、亜鉛メッキ鋼板をプレス成形する第３の工程（S140、S150）と、をこの順に含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板と亜鉛メッキ層を含む亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上である第１の温度に至るまで加熱して前記鋼板をオーステナイト単相とする第１の工程と、
前記亜鉛メッキ鋼板を冷却装置に搬送し、前記亜鉛メッキ鋼板を、前記亜鉛メッキ層が固相状態となる温度以下であって、オーステナイト相の他の相への変態完了温度より高い、第２の温度に至るまで冷却する第２の工程と、
前記亜鉛メッキ鋼板をプレス成形機に搬送し、前記亜鉛メッキ鋼板をプレス成形する第３の工程と、
をこの順に含む、
亜鉛メッキ鋼板のホットプレス成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載のホットプレス成形方法であって、
前記冷却装置は、前記亜鉛メッキ鋼板をその板厚方向で挟むように配置された第１冷却ユニットと第２冷却ユニットを備え、
前記第１冷却ユニット及び前記第２冷却ユニットは、それぞれ、前記亜鉛メッキ鋼板に対して接触可能で金属製の複数の冷却ピンと、前記複数の冷却ピンを前記亜鉛メッキ鋼板に向かって進退自在に保持するピン保持体と、各冷却ピンを前記亜鉛メッキ鋼板に向かって付勢する複数の付勢手段と、を有し、
前記冷却装置は、前記第１冷却ユニットと前記第２冷却ユニットの間に前記亜鉛メッキ鋼板を配置した状態で前記第１冷却ユニットと前記第２冷却ユニットを互いに近づけることによって、前記第１冷却ユニットの前記複数の冷却ピンを前記亜鉛メッキ鋼板に接触させると共に前記第２冷却ユニットの前記複数の冷却ピンを前記亜鉛メッキ鋼板に接触させることで前記亜鉛メッキ鋼板を冷却するように構成されており、
前記第１冷却ユニットの前記複数の冷却ピンと、前記第２冷却ユニットの前記複数の冷却ピンは、前記第１冷却ユニットと前記第２冷却ユニットが対向する方向において互いに対向しないように配置されている、
亜鉛メッキ鋼板のホットプレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛メッキ鋼板のホットプレス成形方法
に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、鋼板をAｃ３変態点以上に加熱し、オーステナイト単相状態でプレス成形し、金型への抜熱を利用して焼き入れることで、高強度で寸法精度の良好な成形品を製造する、いわゆるホットプレス成形方法を開示している。
【０００３】
また、特許文献１は、鋼板として亜鉛メッキ鋼板を例示している。亜鉛メッキ鋼板は、大気中で加熱しても表面に酸化物が生成され難い特性を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７７８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、鋼板をAc3変態点以上に加熱した際に溶融した亜鉛メッキ層の亜鉛がプレス成形時に金型の表面に付着し汚染してしまう問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上に加熱してからプレス成形するホットプレス成形において、プレス成形時に金型の表面に亜鉛が付着するのを抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明によれば、鋼板と亜鉛メッキ層を含む亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上である第１の温度に至るまで加熱して前記鋼板をオーステナイト単相とする第１の工程と、前記亜鉛メッキ鋼板を冷却装置に搬送し、前記亜鉛メッキ鋼板を、前記亜鉛メッキ層が固相状態となる温度以下であって、オーステナイト相の他の相への変態完了温度より高い、第２の温度に至るまで冷却する第２の工程と、前記亜鉛メッキ鋼板をプレス成形機に搬送し、前記亜鉛メッキ鋼板をプレス成形する第３の工程と、をこの順に含む、ホットプレス成形方法が提供される。以上の方法によれば、プレス成形時に金型の表面に亜鉛が付着するのを抑制することができる。
【０００８】
好ましくは、前記冷却装置は、前記亜鉛メッキ鋼板をその板厚方向で挟むように配置された第１冷却ユニットと第２冷却ユニットを備え、前記第１冷却ユニット及び前記第２冷却ユニットは、それぞれ、前記亜鉛メッキ鋼板に対して接触可能で金属製の複数の冷却ピンと、前記複数の冷却ピンを前記亜鉛メッキ鋼板に向かって進退自在に保持するピン保持体と、各冷却ピンを前記亜鉛メッキ鋼板に向かって付勢する複数の付勢手段と、を有し、前記冷却装置は、前記第１冷却ユニットと前記第２冷却ユニットの間に前記亜鉛メッキ鋼板を配置した状態で前記第１冷却ユニットと前記第２冷却ユニットを互いに近づけることによって、前記第１冷却ユニットの前記複数の冷却ピンを前記亜鉛メッキ鋼板に接触させると共に前記第２冷却ユニットの前記複数の冷却ピンを前記亜鉛メッキ鋼板に接触させることで前記亜鉛メッキ鋼板を冷却するように構成されており、前記第１冷却ユニットの前記複数の冷却ピンと、前記第２冷却ユニットの前記複数の冷却ピンは、前記第１冷却ユニットと前記第２冷却ユニットが対向する方向において互いに対向しないように配置されている。以上の方法によれば、亜鉛メッキ鋼板を均一に冷却することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上に加熱してからプレス成形するホットプレス成形において、プレス成形機の金型の表面に亜鉛が付着するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ホットプレス成形方法のフローチャートである。
【図２】スタンピング装置の斜視図である。
【図３】下冷却ユニットの部分断面図である。
【図４】下冷却ユニットの部分断面図である。
【図５】上冷却ユニットと下冷却ユニットの間に亜鉛メッキ鋼板を挿入した状態を示す正面図である。
【図６】上冷却ユニットと下冷却ユニットで亜鉛メッキ鋼板を冷却する様子を示す正面図である。
【図７】Fe-Zn系の二元系状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１から図７を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１２】
図１には、本実施形態のホットプレス成形方法のフローチャートを示している。ホットプレス成形方法とは、鋼板をAc3変態点以上に加熱してからプレス成形する成形方法である。このように鋼板をオーステナイト単相に変態させた状態でプレス成形することで鋼板の成形と鋼板の焼入れを同時に実施することができ、高強度で寸法制度の良好な成形品が得られる。
【００１３】
しかしながら、鋼板を大気中で加熱すると鋼板の表面に酸化物が形成されるなどして表面が変質し、十分な表面硬さを確保できないばかりか、焼割れの原因にもなる。
【００１４】
この問題を解決すべく、鋼板を亜鉛でメッキして成る亜鉛メッキ鋼板が広く知られている。亜鉛メッキ鋼板は、鋼板の表面に亜鉛メッキ層を形成したものであって、亜鉛メッキ層の厚みは例えば４５マイクロメートルから５０マイクロメートルとしている。このように鋼板を亜鉛メッキ鋼板とすることで、加熱の際に鋼板の表面に酸化物が形成されるのを抑制し、成形品の表面硬さを十分に確保することができる。
【００１５】
しかしながら、亜鉛メッキ層の融点はAc3変態点よりも低いので、加熱された亜鉛メッキ鋼板をそのままプレス成形すると、プレス成形機の金型の表面に溶融状態の亜鉛が付着し、金型の表面形状が変化してしまう場合がある。
【００１６】
そこで、本実施形態では、亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上に加熱して、鋼板をオーステナイト単相とした後であって、プレス成形機に搬送する前に、亜鉛メッキ層を固相状態とすることにした。
【００１７】
以下、図１を参照して、上記ホットプレス成形方法を詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態のホットプレス成形方法の成形対象は、亜鉛メッキ鋼板である。亜鉛メッキ鋼板は、鋼板を亜鉛でメッキしたものであって、鋼板と亜鉛メッキ層を含む。鋼板は、例えば、炭素含有量が０．０２から０．２５ｗｔ％である低炭素鋼である。亜鉛メッキ層の厚みは、例えば、４５から５０マイクロメートルである。
【００１９】
先ず、平板状の亜鉛メッキ鋼板をシートフィーダーにより加熱機に搬送する（S100）。
【００２０】
次に、加熱機において、亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上である第１の温度に至るまで加熱する（S110）。ここで、第１の温度とは、例えば、８００℃から９００℃であり、好ましくは８５０℃である。第１の温度が８００℃未満だと、鋼板をオーステナイト単相とすることができない。一方、第１の温度を９００℃よりも高くすると経済的でない。亜鉛メッキ鋼板の加熱は、大気中で行ってもよいし、窒素雰囲気中で行ってもよい。亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上である第１の温度に至るまで加熱することで、鋼板はオーステナイト単相となる。
【００２１】
次に、亜鉛メッキ鋼板を冷却装置としてのスタンピング装置に搬送し（S120）、亜鉛メッキ鋼板を冷却する（S130）。具体的には、亜鉛メッキ鋼板を、亜鉛メッキ層が固相状態となる温度以下であって、オーステナイト相の他の相への変態完了温度より高い、第２の温度に至るまで冷却する。ここで、「亜鉛メッキ層が固相状態となる温度」とは、亜鉛メッキ層が実際にはFe-Zn系合金となっていることから、Znの融点である４１９．５℃よりも高く、経験的に７００℃前後である。必要に応じて図７のFe-Zn系の二元系状態図を参照されたい。また、「オーステナイト相の他の相への変態完了温度」の「他の相」とは、例えば、パーライト相やベイナイト相である。そして、「オーステナイト相の他の相への変態完了温度」は、スタンピング装置における亜鉛メッキ鋼板の冷却速度によって異なる温度を呈し、周知の連続冷却変態線図を参照して求められる。本実施形態では、スタンピング装置において、亜鉛メッキ鋼板を１０から５０℃／秒の冷却速度で冷却するものとし、上記第２の温度は、６００から６８０℃である。冷却速度が１０℃／秒よりも低いと、冷却によりA1変態点を跨ぐ際にオーステナイト相がすべて他の相に変態してしまう。冷却温度が５０℃／秒よりも高いと、冷却時間が短すぎてスタンピング装置への搬入及び搬出の作業性が悪くなる。なお、上記の冷却速度は、例えば、亜鉛メッキ鋼板を金属製である複数の冷却ピンに点接触させることにより実現することができる。この他、亜鉛メッキ鋼板を金属部品又は非金属部品に点接触又は面接触させてもよい。スタンピング装置の詳細については後述する。第２の温度が６００℃よりも低いとオーステナイト相がほとんど他の相に変態してしまい、後述するプレス成形時にマルテンサイト相の形成が阻害される。
【００２２】
次に、亜鉛メッキ鋼板をプレス成形機に搬送し（S140）、亜鉛メッキ鋼板を所望の形状にプレス成形する（S150）。このとき、亜鉛メッキ鋼板の亜鉛メッキ層は固相状態となっているので、亜鉛がプレス成形機の金型の表面に付着することがない。また、上記プレス成形の際、亜鉛メッキ鋼板は、プレス成形機の金型に面接触することで、例えば、１００℃／秒の冷却速度で冷却され、オーステナイト相がマルテンサイト相へと変態する。
【００２３】
次に、図２から図６を参照して、スタンピング装置について詳細に説明する。図２には、スタンピング装置１の斜視図を示している。図２に示すように、スタンピング装置１は、下冷却ブロック２（第１冷却ユニット）と上冷却ブロック３（第２冷却ユニット）を備えている。
【００２４】
図２及び図３に示すように、下冷却ブロック２は、複数の冷却ピン４と、ピン保持体５と、複数の圧縮コイルばね６（付勢手段）と、を備えている。
【００２５】
ピン保持体５は、平板状のベース７と、複数のピン保持シリンダー８と、を有する。図３に示すように、各ピン保持シリンダー８は、ベース７の板厚方向に延びる円筒部９と、円筒部９のベース７から遠い方の端部９ａを閉塞する閉塞部１０と、を有し、ベース７に固定されている。閉塞部１０には、上下方向に貫通するピン貫通孔１０ａが形成されている。円筒部９と閉塞部１０、ベース７によって囲まれた円柱状の空間１１が形成されている。換言すれば、各ピン保持シリンダー８内に円柱状の空間１１が形成されている。そして、図２に示すように、複数のピン保持シリンダー８は、マトリックス状に配置されている。
【００２６】
図３に示すように、各ピン保持シリンダー８に各冷却ピン４が一つずつ配置されている。図３に示すように、各冷却ピン４は、各ピン保持シリンダー８の空間１１に上下方向に進退自在に収容されたピストン部１３と、ピストン部１３から突出する冷却接触部１４と、を有する。ピストン部１３の下面には、ベース７に向かって開口するバネ収容凹部１５が形成されている。冷却接触部１４は、ベース７から離れる方向に向かってピストン部１３から突出しており、閉塞部１０のピン貫通孔１０ａを貫通し、閉塞部１０よりも上方に突出している。
【００２７】
また、図３に示すように、複数の圧縮コイルばね６は、複数のピン保持シリンダー８にそれぞれ収容されている。各圧縮コイルばね６は、冷却ピン４のバネ収容凹部１５とベース７の間に配置されており、冷却ピン４を常時ベース７から離れる方向に付勢している。
【００２８】
本実施形態において、複数の冷却ピン４、ピン保持体５、複数の圧縮コイルばね６は、何れも金属製である。
【００２９】
図４には、冷却ピン４がベース７に向かって押し下げられた状態を示している。図３及び図４に示すように、以上の構成で、冷却ピン４は、ベース７の板厚方向において進退自在にピン保持体５に保持されると共に、ベース７から離れる方向に常時付勢されている。
【００３０】
上冷却ブロック３は、下冷却ブロック２と実質的に同じ構成を有するので、重複する説明は省略する。
【００３１】
図２に示すように、上冷却ブロック３は、複数の冷却ピン４が下を向くように配置されている。そして、図５に示すように、下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４と、上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４は、下冷却ブロック２と上冷却ブロック３が互いに対向する方向において互いに対向しないように配置されている。言い換えれば、下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４と、上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４は、下冷却ブロック２と上冷却ブロック３が亜鉛メッキ鋼板２０を挟む方向において互いに対向しないように配置されている。即ち、下冷却ブロック２と上冷却ブロック３を互いに近づけても下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４と上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４は互いに接触しないように配置されている。換言すれば、下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４と、上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４は、上下方向で一直線に並ばないようにズレて配置されている。
【００３２】
加熱された亜鉛メッキ鋼板２０をスタンピング装置１で冷却するには、図５に示すように、下冷却ブロック２と上冷却ブロック３を互いに遠ざけた状態で、下冷却ブロック２と上冷却ブロック３の間に亜鉛メッキ鋼板２０を水平に挿入する。図５に示すように、亜鉛メッキ鋼板２０は、加熱により熱膨張しており必ずしも平坦ではなく波打つように歪んでいる場合がある。
【００３３】
次に、図６に示すように、下冷却ブロック２と上冷却ブロック３の間に亜鉛メッキ鋼板２０を配置した状態で下冷却ブロック２と上冷却ブロック３を互いに近づける。すると、下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４と、上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４が亜鉛メッキ鋼板２０に点接触し、もって、亜鉛メッキ鋼板２０が所望の冷却速度で冷却される。
【００３４】
このとき、下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４も、上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４も、亜鉛メッキ鋼板２０に向かって付勢されており、且つ、上下に進退自在に保持されているので、亜鉛メッキ鋼板２０が熱膨張により歪んでいても、問題なく亜鉛メッキ鋼板２０に接触することができる。従って、亜鉛メッキ鋼板２０を均一に冷却することができる。
【００３５】
また、下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４が亜鉛メッキ鋼板２０に接触する箇所と、上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４が亜鉛メッキ鋼板２０に接触する箇所が異なっているので、亜鉛メッキ鋼板２０を一層均一に冷却することができる。
【００３６】
以上に、本願発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態は以下の特徴を有する。
【００３７】
ホットプレス成形方法は、鋼板と亜鉛メッキ層を含む亜鉛メッキ鋼板をAc3変態点以上である第１の温度に至るまで加熱して鋼板をオーステナイト単相とする第１の工程（S110）と、亜鉛メッキ鋼板を冷却装置に搬送し、亜鉛メッキ鋼板を、亜鉛メッキ層が固相状態となる温度以下であって、オーステナイト相の他の相への変態完了温度より高い、第２の温度に至るまで冷却する第２の工程（S120、S130）と、亜鉛メッキ鋼板をプレス成形機に搬送し、亜鉛メッキ鋼板をプレス成形する第３の工程（S140、S150）と、をこの順に含む。以上の方法によれば、プレス成形時に金型の表面に亜鉛が付着するのを抑制することができる。従って、金型に付着した亜鉛を取り除く作業を不要とすることができ、生産性の向上に寄与する。
【００３８】
また、スタンピング装置１（冷却装置）は、亜鉛メッキ鋼板２０をその板厚方向で挟むように配置された下冷却ブロック２（第１冷却ユニット）と上冷却ブロック３（第２冷却ユニット）を備える。下冷却ブロック２及び上冷却ブロック３は、それぞれ、亜鉛メッキ鋼板２０に対して接触可能で金属製の複数の冷却ピン４と、複数の冷却ピン４を亜鉛メッキ鋼板２０に向かって進退自在に保持するピン保持体５と、各冷却ピン４を亜鉛メッキ鋼板２０に向かって付勢する複数の圧縮コイルばね６（付勢手段）と、を有する。スタンピング装置１は、下冷却ブロック２と上冷却ブロック３の間に亜鉛メッキ鋼板２０を配置した状態で下冷却ブロック２と上冷却ブロック３を互いに近づけることによって、下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４を亜鉛メッキ鋼板２０に接触させると共に上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４を亜鉛メッキ鋼板２０に接触させることで亜鉛メッキ鋼板２０を冷却するように構成されている。下冷却ブロック２の複数の冷却ピン４と、上冷却ブロック３の複数の冷却ピン４は、下冷却ブロック２と上冷却ブロック３が対向する方向において互いに対向しないように配置されている。以上の方法によれば、亜鉛メッキ鋼板２０を均一に冷却することができる。
【００３９】
なお、亜鉛メッキ鋼板の亜鉛メッキ層が液相となり得る温度域（７００℃以上）でプレス成形すると、亜鉛が鋼板の粒界に侵入し、脆化割れを引き起こすことがある。これに対し、上記のホットプレス成形方法では、上記温度域を下回る温度まで亜鉛メッキ鋼板を冷却してからプレス成形しているので、脆化割れ（粒界割れ）を効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  スタンピング装置
２  下冷却ブロック
３  上冷却ブロック
４  冷却ピン
５  ピン保持体
６  圧縮コイルばね
７  ベース
８  ピン保持シリンダー
９  円筒部
９ａ  端部
１０  閉塞部
１０ａ  ピン貫通孔
１１  空間
１３  ピストン部
１４  冷却接触部
１５  バネ収容凹部
２０  亜鉛メッキ鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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