(57)【要約】  本発明は、鋼板を成形するための方法であって、前記鋼板からブランク材が製造され、前記ブランク材は成形型に装入されて、前記成形型を用いて前記ブランク材から成形材が単段プロセスで製造され、その際、前記ブランク材は成形前に加熱され、前記加熱は、鋼が相転移を生ぜず、成形がフェライト域、パーライト域またはベイナイト域で行われ、共析温度または再結晶温度を超えることなく実施されるように構成した方法ならびに前記方法を実施するための装置に関する。
2010519048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を成形するための方法であって、前記鋼板からブランク材が製造され、前記ブランク材は成形型に装入されて、前記成形型を用いて前記ブランク材から成形材が単段プロセスで製造され、その際、前記ブランク材は成形前に加熱され、前記加熱は、鋼が相転移を生ぜず、成形がフェライト域、パーライト域またはベイナイト域で行われ、共析温度または再結晶温度を超えることなく実施されるように構成した方法。
【請求項２】
鋼として、最高７００℃までの温度時に安定な組織を有する鋼が使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
鋼材として、焼ならし圧延鋼、焼ならし鋼または熱機械的圧延鋼が使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記の鋼が４００℃〜８００℃、好ましくは６００℃〜７５０℃の温度に加熱されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ブランク材が成形用上型と成形用下型との間に装入され、前記上型は部材の形状を造り出すパンチを有すると共にさらに、小さな隅部のつぶし成形と所望の限りで溶接開先成形とを行うためのつぶし成形リブを有し、前記成形用下型は雌型装入体ならびに雌型自体を含んでなり、前記上型の接触による上型と雌型装入体との両側接触によって前記ブランク材は挟持されて成形が実施され、変形がさらに続行される際に、前記雌型装入体は、前記パンチが下死点に到達するまで前記パンチによって押し退けられて、ブランク材が全体として成形され、その際、前記雌型装入体は前記雌型によって支えられ、続いて、最終つぶし成形が実施されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ブランク材を製造するための鋼板として、裸鋼板またはコーティング鋼板が使用されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
コーティング鋼板として、電解亜鉛めっき鋼板、溶融浸漬亜鉛めっき鋼板（加熱亜鉛めっき鋼板）、亜鉛＋アルミニウムまたはアルミニウム＋亜鉛および、場合によりその他の金属からなる溶融浸漬コートを有する溶融浸漬コーティング鋼板または基本的にアルミニウム＋ケイ素からなるコートを有するコーティング鋼板または鋼との合金プロセスによって合金化された亜鉛コートを有するコーティング鋼板が使用されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ブランク材が成形型に装入され、前記成形型を用いて前記ブランク材から成形材が製造される鋼ブランク材の温度制御成形装置で、請求項１からのいずれか一項記載の方法を実施するための装置であって、
前記装置は上型（７）と下型とを有し、前記上型には部材の形状を造り出すパンチ（２）が設けられていると共にさらに、小さな隅部のつぶし成形と必要な場合に溶接開先成形とを行うためのつぶし成形リブが設けられ、前記パンチはばねパッケージ（４）を介して前記上型（７）に結合されており、さらに、雌型装入体（３）ならびに雌型（６）自体が配された下型（１１）が設けられて、同所に前記雌型装入体（３）を制御するための第２のばねパッケージ（５）が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項９】
前記ばねパッケージ（４，５）が、スチールばねなどの金属ばね、油圧ばね、ダンパシステムばねまたはガススプリングからなっていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記雌型の底に前方湾曲具（９）が設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱間圧延鋼材を温度制御成形するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板から成形、例えば深絞りによって適切な部材を製造することは公知である。この場合、熱間圧延鋼材ならびに常温圧延鋼材のいずれも使用される。
【０００３】
この種の成形法は熱間成形法としても常温成形法としても実施することができる。
一般に、熱間成形によって、オーステナイト域での成形が記述される。その際、追加焼なましが行われない場合には、最高温度９８０℃を超えてはならない。さらに、成形は７５０℃以上で完了していなければならず、冷却は続いて静止空気中で行われなければならない。この方法には、９５０℃での焼なまし後にも強度が保証される点から、焼ならし用鋼のみを使用することが可能である。
【０００４】
この方法の手順は図１８に示されている。この場合、ふつう最終輪郭に合わせて裁断されたブランク材１０１が成形型１０３の第１の要素１０２に装入されて、自由成形される。その際、図のステップ２から見て取れるように、ブランク材１０１は底部が湾曲させられる。このプロセスに際して、ブランク材１０１は成形前の静止位置でのみ成形型１０３に固定することができる。成形型１０３の上型１０４がブランク材１０１と接触すると直ちに、ガイドなしの自由成形が行われる（図１８、上）。この成形の後、ブランク材１０１は第２の型１０５にもたらされる（図１８、下）。このステップに際して、ワークの辺縁１０６ないし隅部１０７が圧縮される。同時に、所望であれば、溶接縁の造り出しを行うことができる。ただし、成形が自由に行われるために、寸法の安定した縁のつぶし成形を実施することはかなり困難である。成形中に反対方向への部材の湾曲化１０８が生ずる。その際、材料は底部に押し込まれて、つぶし成形には使用されない。ただしこれによって、辺縁と隅部の寸法安定性を満たすために、大きな圧縮ストロークが生ずる。つまり、この大きな圧縮ストロークに起因して、成形型は必然的に高い摩耗に曝される。さらに、このプロセスに際して常に２つの要素がプレス内に設けられていなければならない点も考慮されなければならない。ただし、これによってまたも、高い成形温度に起因するプレス力の低減が相殺される。
【０００５】
このようにして製造される代表的な成形材はトラックの車軸支えである。この場合、成形力と曲げ半径の減少を図るため熱間成形が利用される。同時に、第２のステップにおいて曲げ縁を圧縮することができ、これによって、部材はより高い剛性を得る。
【０００６】
この種の方法は、例えば米国特許第２,６７４,７８３号明細書から公知である。この方法において、第１のステップで成形体が製造され、続いて、第２の操作でこのプレフォームが最終的につぶし成形される。
【０００７】
この製造方法は、ワークが２度操作されなければならないという短所を有している。その際、冷却速度に相違が生ずる。成形型温度に応じて、成形型内の冷却速度は静止空気中でのそれよりも高いもしくは低いことがある。さらに以下に述べるように、冷却は焼ならし鋼の場合に大きな意義を有している。
【０００８】
２段階プロセスによって部材温度は大幅に低下する。その結果として、成形力は増大し、まさにキャリブレーション時、つまり最も高い成形力によるプロセスステップの際に成形抵抗は非常に高く、熱間成形の利点は減殺される。さらに、第２の成形が７５０℃ないし７００℃以上で完了していなければならない点に注意しなければならない。
【０００９】
ただし、予熱された成形型による実験、つまり実際に近い条件下での実験は、空気による冷却に比較して、熱間成形による冷却速度は遥かに高いことを示している（図１９）。
【００１０】
各実験時に、部材内の温度は熱電対によってオンライン測定された。これらの熱電対は直径２ｍｍのみぞ穴に嵌め込まれて、一緒に成形された。
【００１１】
図２０は成形プロセスの詳細な観察結果を示している。ここで、第１の成形段階は約７９０℃で完了しており、第２の成形段階は約６８０℃で完了していることが見て取れる。ただし、これは７５０℃ないし７００℃の最低成形温度の方が下回っていることを意味している。また、図１９から、フェライトからオーステナイトへの変態が成形の間もしくは成形中に生ずることも明白である。正確な変態温度は合金組成に依存している。最終温度はまた、熱間成形の利点すなわち低い成形力は第２の成形段階ではもはや認められないことも示唆している。
【００１２】
この種の熱間成形法のための鋼の選定は焼ならし鋼に限定されている。
焼ならし鋼ないし焼ならし圧延鋼は、焼ならしが問題であるかぎり、初期状態（焼ならし圧延）においても焼なまし状態においてもそれらの機械的特性を達成する。熱処理はＡ３温度以上で行われる。つまり、焼なましは単相オーステナイト域で行われる。こうした鋼が常温成形される場合には、成形度が５％を上回れば熱処理が実施されなければならない。
【００１３】
機械的特性値は、主としてフェライト−パーライト基地の形成によって達成される。ただしこれは、微細層状パーライト組織の形成を保証すべく、冷却速度が正確に遵守されなければならないことを意味している。冷却は静止空気中かまたは炉内でゆっくりと行われなければならない。フェライト相とパーライト相が析出され、マルテンサイト形成が抑止されるように留意しなければならない。６００℃以上では、冷却速度は重要ではない。材料の強度はパーライト比率に比例しており、この比率はまた炭素含有量に比例している。強度の高まりは、大部分がもっぱら炭素含有量の高まりによって達成されることができる。ただしこれは、さらにもう一つの効果として、それと共に溶接性が低下することを意味している。これは炭素当量の上昇によって認めることができる（図１５参照）。
【００１４】
焼ならし鋼には、焼ならし圧延品と焼ならし品とを区別することができ、その際、焼ならし圧延品については製造時に、最終熱間圧延がオーステナイトの再結晶温度以上で行われることに留意しなければならない。これは一般に約９５０℃である。
【００１５】
この場合、鋼は完全に再結晶し、偏析効果によってのみ圧延方向が認められるにすぎない。再結晶したオーステナイトは続いて所定の冷却速度でフェライトとパーライトに変態する。焼ならし品の場合、ブランク材または部材はＡ３温度以上に加熱され、続いて、制御して冷却される。この熱処理後、鋼は再び初期特性を得る。さらに、焼なましに続いて、ブランク材または部材は熱成形することができる。ただし、この成形は７５０℃以上で完了していなければならない点に留意しなければならない。成形度が５％以下であれば、温度７００℃が適用される。ブランク材または部材は静止空気によって冷却されなければならない。
【００１６】
熱機械的圧延鋼は熱間圧延中の所期の製造からその強度を達成する。この場合、最終変形はオーステナイトの再結晶温度以下で実施される。その際、再結晶温度制御は付加的な合金元素によって行われる。これらの元素（この場合、主としてニオブ）はオーステナイトの再結晶温度を高めることから、Ａ３温度と再結晶温度との間に十分なプロセス領域が生ずる。
【００１７】
組織は最終圧延後にもはや再結晶し得ないため、延伸された圧延組織のせいでオーステナイトからフェライトに変態するための非常に多くの核を有している。結果として、主としてフェライトと僅かな割合のベイナイトからなる非常に微粒の組織が得られる。ベイナイトは非常に微細なパーライトであり、不平衡時にのみ凝固し得る。これは最終圧延後の制御された急冷によって行われる。付加的な効果として、材料の靭性の高まりが生ずる。
【００１８】
平衡時の凝固には緩慢な冷却速度が必要であり、これはむしろ焼ならし圧延鋼に当てはまる。さらに、炭化物、窒化物または炭窒化物として析出した形の合金元素は１１００℃以上での結晶粒成長を妨げる。これはまた溶接時の熱影響ゾーンの粗大粒ゾーンにおいて有利に作用する。
【００１９】
焼ならし鋼は合金組成に基づく高強度において熱間圧延ストリップ製造に際して限界挙動を示す。これらは、ＴＭ鋼にあっては合金比率がより低いため、遥かに高い強度で製造することが可能である。
【００２０】
焼ならし圧延鋼は鋼板厚さ１６ｍｍ以下につき最大降伏点４６０ＭＰａまでしか規格化されていないが、他方、ＴＭ鋼は厚さ８ｍｍにて最小降伏点７００ＭＰａまで規格化されている（＞８ｍｍの場合には降伏点は２０ＭＰａだけ低くてよい）。こうした記載は焼ならし圧延鋼については規格ＤＩＮＮ１００２５−３に見出され、熱機械的圧延鋼については規格ＤＩＮ ＥＮ １０１４９−２が関係している。
【００２１】
耐酸性ガス鋼は熱機械的圧延鋼と同じ方法で製造される。ただしこれらはその使用分野に従って規格ＡＰＩｓｐｅｃ ５１ないしＤＩＮ ＥＮ １０２０８−２に記載されている。これらの薄板は不純物、例えば硫黄の含有量が極度に低いことを特徴としている。これにより、Ｈ２への水素の再結合すなわち硫化マンガン近傍での亀裂形成が阻止されることになる。他方、これによって、非常に低温において靭性自体が大幅に改善される。さらに、炭素含有量が僅かであることにより、中心偏析の形成が減少する。これは基地中の硬質相の形成を妨げる。強度を高めるには、最終冷却温度が低下されなければならない。結果として、非常に微細なフェライト組織を有する鋼が生ずる。
【００２２】
図１６には熱間圧延工場の製造ルートが対照されている。同図から、最終変形時の相違を明白に見て取ることができる。圧延熱からの冷却条件によって、熱機械的圧延時の組織形成にさらに影響を与えることが可能である。図１７から、焼ならし圧延ないし焼ならしおよび熱機械的圧延のそれぞれの構造の相違を明白にすることができる。
【００２３】
図１６の略語の意味はそれぞれ、Ｔ（温度）、ＴＲＳ（オーステナイトにおける再結晶温度）、ＴＭ（熱機械的）およびＡＣＣ（加速冷却）である。
【００２４】
焼ならし圧延とＴＭ圧延との組織を比較すれば、炭素の豊富なパーライト（暗相）の割合の高まりを明白に認めることができる。結晶粒微粒化および、それによる強度、延性ならびに靭性の向上は熱機械的製造によってのみ可能である。
【００２５】
焼ならし圧延鋼の化学的組成は規格ＤＩＮ ＥＮ １０１４９−３およびＤＩＮ ＥＮ  １００２５−３に見いだされる。熱機械的圧延鋼の化学的組成は規格ＤＩＮＥＮ １０１４９−２に述べられている。最小降伏点の同じ鋼材を比較すれば、焼ならし圧延鋼の方により高い炭素含有量が認められる。
【００２６】
常温成形には双方の鋼材を使用することができるが、その場合、降伏点が同じでも熱機械的圧延鋼の方がより優れた成形能を示す。辺縁のつぶし成形ないし溶接開先成形は、発生する力が過大であることから、常温成形では不可能である。こうした理由から、複雑な形状寸法を有する部材用プレスの経済的な設計はもはや所与ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】米国特許第２,６７４,７８３号明細書
【非特許文献】
【００２８】
【非特許文献１】規格ＤＩＮ ＥＮ １００２５−３
【非特許文献２】規格ＤＩＮ ＥＮ １０１４９−２
【非特許文献３】規格ＡＰＩ ｓｐｅｃ ５１
【非特許文献４】規格ＤＩＮ ＥＮ １０２０８−２
【非特許文献５】規格ＤＩＮ ＥＮ １０１４９−３
【非特許文献６】規格ＤＩＮ ＥＮ １００２５−３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明の目的は、容易かつ速やかに実施可能であると共に、成形型摩耗が改善され、さらにプロセス制御性の向上した、より低コストの方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記課題は請求項１記載の特徴を有する方法によって解決される。
【００３１】
その他の好適な実施形態は従属請求項に記載されている通りである。
【００３２】
本発明のもう一つの目的は、上記方法を実施するための装置であって、容易、迅速、かる確実に成形が実施され、摩耗が少なく、高サイクル時間で動作し、コストの低減を実現する装置を提供することである。
【００３３】
上記課題は請求項８に記載の特徴を有する装置によって解決される。
【００３４】
好適な実施態様は上記請求項の従属請求項に記載されている通りである。
【００３５】
本発明による方法において、材料は加熱されはするが相変態に付されず、換言すれば、成形はフェライト、パーライトまたはベイナイト域で行われる。その際、共析温度も再結晶温度も超えられてはならない。
【００３６】
この方法には最高７００℃までの温度にて安定な組織を有する鋼を使用することができる。
こうした鋼に属するのは焼ならし圧延鋼の他に、特に、安定な組織を有する点で、熱機械的圧延鋼である。これらの鋼はほぼ同じ温度域で行われる応力除去焼なましにも認められている。これらの鋼の使用にあたっては、加熱および続いての成形中に再結晶が生じないように留意しなければならない。
多相鋼は特に、基地中にマルテンサイト相も有している。ただし、このマルテンサイトは非常に高温にて焼もどしされ、これによって、鋼材の機械的特性値を変化させる。
【００３７】
本発明による方法は好適な形でスケール形成のない成形を可能にする。９００℃以上の温度による公知の成形プロセスにあっては厚いスケール層が生ずるが、他方、この場合には、ワークの表面に薄い酸化膜が形成されるにすぎない。非酸洗い熱間圧延ストリップを本発明による成形部材と比較すれば、表面形成になんらの相違も認められない。
【００３８】
これは、支障を生ずるスケールによって機能が損なわれることがないために、複数の方法ステップを単一の成形型に統合することを可能にする。そこで、本発明による温度制御成形の場合には、シャープな隅部を造り出すための従来の技術による既述した２段階プロセスを単一の複式作用プロセスに組み込むことができる。このプロセスは熱間成形時よりも低温で実施され、プレス内に単一のワークしか装入されていないために、プレス力も同じく低度である。このプロセスは単一の成形型で複数の方法ステップを用いて、つまり
−  案内成形
−  材料の圧縮
−  溶接縁の造り出し
−  部材の押し出し
の各ステップの組み合わせで実現する。
【００３９】
コスト節減を可能にするのは以下の特徴である：
−  すべての機能に単一の成形型で対処可能、
−  プロセスパラメータ及び成形型減少に基づく摩耗コストの低下、
−  部材を１動作ストロークで製造し得ることによるサイクル時間の高度化、
−  投資コストの低減、
よりコンパクトな炉システムが使用可能、それによるＣＯ２排出の減少、成形型内に２部材ではなく単一の部材しかないために、プレス力は増大されない。
すべての機能が単一の成形型で行われるので、換言すれば、プレスをシンプルに設計することが可能。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による複式作用プロセスの方法手順を示す図である。
【図２】本発明による複式作用成形型の構造を示す図である。
【図３】温度と相関した成形力を示す図である。
【図４】スタート温度７００℃での本発明による方法時の温度カーブを示す図である。
【図５】スタート温度５００℃での本発明による方法時の温度カーブを示す図である。
【図６】空気中での鉄の酸化速度を示す図である。
【図７】ＴＭ鋼の１８０°折畳み時の固化を示す図である。
【図８】調質鋼（Ｖ）および熱機械的圧延鋼（ＴＭＢＡ）の硬度カーブを示す図である。
【図９】焼なまし温度と相関した熱機械的圧延鋼の機械的特性値を示す図である。
【図１０】本発明による方法の第１の実施形態による部材の製造を示す図である。
【図１１】本発明による方法の第２の実施形態による部材の製造を示す図である。
【図１２】本発明による方法の第３の実施形態による部材の製造を示す図である。
【図１３】本発明による方法の第４の実施形態による部材の製造を示す図である。
【図１４】熱機械的圧延鋼と焼ならし鋼との比較対照を示す図である。
【図１５】さまざまな製造方法および鋼種に関する降伏点と炭素当量とを示す図である。
【図１６】熱間圧延鋼の製造を示す図である。
【図１７】製造の相違による熱間圧延鋼の組織を示す図である。
【図１８】従来の技術による２段階プロセスの方法手順を示す図である。
【図１９】空冷と比較した、スタート温度９４０℃での従来の技術による熱間成形時の温度カーブを示す図である。
【図２０】スタート温度９４０℃での従来の技術による熱間成形時の温度カーブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。
図１、２は成形型の構造を示している。使用方法に応じ、成形型要素は冷却式に形成されていてよい。
上型７には、部材の形状を生み出すパンチ２と、小さな隅部および必要であれば溶接縁（溶接開先形状）を造り出すためのつぶし成形リブとが設けられている。パンチ２はばねパッケージ４を介して上型７に結合されている。このばねパッケージはスチールばね、油圧ばね／ダンパシステムまたはガススプリングから構成することができる。下型１１には、雌型装入体３ならびに雌型６自体が設けられている。雌型装入体３を制御するためのばねパッケージ５も同じく、スチールばね、油圧ばね／ダンパシステムまたはガススプリングから構成することができる。
【００４２】
複式作用プロセスによる部材の製造を以下に説明する。
所望に応じて最終形状に近いブランク材１の載置は一方で成形型の下型１１上に、他方で雌型装入体３上に行われる。次いで、上型７がブランク材１に接触すると、上型７と雌型装入体３との両側接触によってブランク材１は挟持されて、自由にではなく、ガイドされて成形が行われる。さらに、これによって、成形型内で湾曲が生ずることはない。さらなる変形（ステップ２）において、今や雌型装入体３はパンチ２によって押し退けられる。その際、雌型装入体３に対するパンチ２のばねパッケージの力はブランク材１に圧痕が生じることがないように調整されている。ステップ３において部材は全体として成形され、その際、パンチ２は下死点に到達する。それと同時に、今や雌型装入体３は雌型６によって支えられているため、つぶし成形力はばねパッケージ５を経て伝達されるには及ばない。次いでさらに続いて、パンチ２のばねパッケージ４が押し退けさせられて、最終つぶし成形が実施される（ステップ４）。成形型の開放後、雌型装入体３のばね力は部材の突出しに利用される。つまり、成形型は再びステップ１のポジションを占める。
【００４３】
したがって、狭小な隅部を有する部材の製造および／または溶接開先成形は成形型の１ストロークまたは１作業ステップで行われる。溶接開先形状の成形によって、縁を中間切削加工する必要なしに、部材をさらに使用して部品製造を行うことが可能である。
【００４４】
出発材料に応じて、ブランク材は５００℃〜７００℃に加熱可能である。図３は同一の部材に関する、温度と相関した所要成形力を示している。このグラフから、９００℃での熱間成形は温度制御成形に比較してプレス力を半減させることが明白である。ただし、２段階プロセスによる熱間成形の場合には最終温度はほぼ７００℃に低下するため、成形力も１．５倍に上昇する（−・・−線）。さらに、プレス中に２個の部材があることを考慮すれば、プレスは温度制御成形と同様に設計されなければならないことを基本とすることができる。さらに、９００℃の場合の摩擦の高まりが明白に見て取れる。より低温の場合にはエネルギー消費は第１の成形後に低下するが、９００℃の場合の成形抵抗はほぼ不変であり、これから、側面領域のスケールの存在による摩擦の高まりを推定することができる。この現象は成形時に図１８のステップ２において現れる。
【００４５】
本発明による温度制御成形の温度カーブは図４の７００℃の成形例から明白である。一方において、部材の製造は１ステップで行われたことが明らかであり、他方において、その際約１２０℃の最大温度損失が生ずるにすぎないことが明らかである。熱間成形に比較して、約２４０℃の当初温度の減少によって１００℃の最終温度低下が生ずるにすぎないことが明らかである。
【００４６】
もう一つの例が図５に示されている。ここでは、成形開始時のブランク材温度は５００℃であった。さらに、これを考察すれば底部および側面領域における温度損失は１００℃以下であるが、他方、辺縁領域である、つぶし成形リブが作用する箇所では１５０℃以上の成形温度の低下が生じている。ただし、部材の熱伝導によって、プレス開の後に温度の即時上昇が生ずる。図６は温度と相関した、空気中における鉄の酸化速度を示している。基準値として６００℃時の酸化速度を選択すれば、７００℃時の速度は７倍だけ高まり、９５０℃時の速度は２３０倍だけ高まる。これによって本発明による温度制御成形の利点は明白となる。部材表面における酸化物形成の大幅な減少により、成形型の摩耗も減少する。第２のコスト面の効果は、成形型の中間浄化が数分の一に減少するかもしくはそれを不要にすることができるため、サイクル時間が高度化することである。
【００４７】
本発明による方法の実現は温度制御と材料選択との組み合わせによってのみ可能である。
【００４８】
常温成形と比較すれば、遥かに複雑な形状寸法の実現が可能である。これは成形中における材料の後送りによってもたらされる。これによって、半製品の当初断面を保持しつつ遥かに小さな外半径ならびに内半径を造り出すことが可能である。それゆえ、同じ機械的特性の材料で、面抵抗モーメントを大幅に引き上げることができるため、より大きな荷重を伝達することが可能である。したがって、同じ荷重で肉厚を相応して減少させ、こうして重量を節減することができる。
【００４９】
従来の常温成形において、材料は変形域において削られる。
すでに述べたように、冷却速度は成形後の材料の機械的特性に僅かな影響を及ぼすにすぎないが、焼ならし圧延鋼を使用する場合には、冷却速度は機械的特性を達成するために重要な役割を果たす。
【００５０】
成形のために焼なまし条件が遵守される場合には、老化効果の加速によって降伏点が高まる。さらに、析出も形成可能である。
【００５１】
例えば、火炎を用いたくせ取り時に生ずるような短時間の温度は、それが半製品の引渡し条件に準じて実施される限り、当初材料と同様に実施されてよい。
【００５２】
成形のために選択された温度域に基づき、温度制御された熱処理によってそれらの特性を保持するあらゆる材料を使用することが可能である。これは、特別な再加工がそうした鋼の使用を前提する場合には、焼ならし圧延鋼についても同じく当てはまる。
【００５３】
すでに室温時における良好な成形能が温度制御成形によって改善され、かつ圧縮プロセスによる方法の補足が可能であることから、好ましくは熱機械鋼が使用される。
【００５４】
常温成形に比較して、温度制御成形の場合には僅かな固化効果しか生じないが、それは成形が材料の緩和域内にあり、それによって固化がインキュベーション時間なしで解消可能なためである。結果は内部応力の均一化である。固化の減退は図７から見て取れる。
【００５５】
本発明による温度制御成形は、溶接または表面コーティングに係わる再加工を制限するものではない。この方法は、フォローアッププロセスに制限されることなく、高強度の複雑な部材の製造を可能にする。熱間成形であることから、例えば焼ならし圧延鋼のみを使用することができる。すでに述べたように、こうした鋼はその合金組成からして溶接に遥かに問題がある。さらに、高温であるために、表面の浄化には遥かに多大な費用がかけられなければならない。
【００５６】
熱機械鋼の使用に対する根本的な先入観は、例えば溶接時に生ずるような高温に対するそれらの感度である。ただし、最新のＴＭ鋼はそれらの合金組成によって溶接後にも非常に優れた機械的特性を有している。これは特に、マイクロ合金元素の添加によって達成される。窒素または炭素と結合したマイクロ合金元素からの微細分布析出によって、熱影響ゾーンにおける粗大粒の形成が妨げられるが、これは結晶粒界の成長が密着によって困難とされるからである。したがって、軟化ゾーンは図８の右側に表されているように非常に狭くなる（ＷＥＧ＝熱影響ゾーン、ＳＧ＝溶接材）。いずれの場合においても硬度の低下は同程度であるが、熱機械的圧延鋼の場合の軟化ゾーンは遥かに狭く形成されている。これはＡＣ１（共析温度）以下では材料の軟化が生じないこと、つまり粒度が変化しないことに帰着する。ＡＣ１以上ではオーステナイトへの変態が生じ、続いて、上述した粗大粒形成に至る。
【００５７】
調質鋼（Ｖ）の場合には、ＡＣ１以下でも変態が生ずることから、軟化ゾーンは遥かに幅広く形成されている。この場合には焼もどし効果が生じ、したがって、材料の機械的特性を変化させる。さらに、炭素含有量が相対的に高いため、溶着部から熱影響ゾーンへの移行域になお強度の浸炭が生ずるに至る。これは、金属切り欠きと同様に作用することから、動応力時に特に重大である。
【００５８】
本発明を一連の実施例に基づいて詳細に説明するが、その際、既述したすべての材料が本発明による方法で加工可能とされるように、特別な材料選択は行われない。
【００５９】
本方法は、応力除去焼なましと同様な焼なまし条件が遵守されることを前提として、いわば焼ならし鋼の使用を可能にする。ただし、製造に際しては、それが強度の低下を伴うことから、成形中の再結晶は回避されなければならない。例えばマルテンサイト相によって強い焼もどし傾向を有する鋼が使用される場合には、強度損失が見込まれなければならない。
【００６０】
〔実施例１〕
図９には、温度制御成形への熱機械的圧延鋼の使用に関する一例が表されている。その際、試料は１５分以内にそれぞれの温度まで加熱された。すべての場合に、十全な加熱が保証された。続いて、試料は空気中、水中または、冷却された２枚の銅板の間で冷却された。評価が示すところによれば、温度７００℃まで機械的特性は少なくとも当初値と一致している。降伏点の高まりは老化の加速に帰着することができる。７００℃以上で組織の変化が現れ、オーステナイトの形成が開始される。結果は熱機械的圧延鋼の軟化である。
【００６１】
温度制御成形によって部材を製造するための上述した方法は、異なった成形型仕様によって行うことが可能である。さらに、ばね、油圧ダンパおよびガス圧ダンパの機能は、プレス自体によって引き受けられることも可能である。部材の個数および精度に応じて成形型の水冷を行うことができる。水冷式成形型での硬化とは異なり、この場合、それほどの冷却速度が達成されるには及ばない。冷却の目的は成形型とその機能を熱応力から保護することである。
【００６２】
すべての方法は、単一のステップで成形も外側縁つぶし成形も行われるという簡便化を共通としている。部材の輪郭ないし表面を損なう可能性のある付加的なエジェクタは、いかなるタイプのものであれ不要である。同時に、雌型装入体の側方クランプがパンチに対する部材の固着を防止する。これらのクランプは形成型の開時に自動的に開放し、あるいは油圧機構またはガスによって制御可能である。
【００６３】
〔実施例２〕
この方法手順は図１０に表されている。
（ステップ１）：
成形の開始にあたって、ブランク材１はパンチ２と雌型装入体３との間に挟持される。これによって、ブランク材の滑りずれを防止することができる。従来の方法では、雌型装入体が欠落しているため、成形は自由に行われ、換言すれば、ブランク材はガイドされていない。従来の熱間成形では、スケールの剥落によって雌型装入体の機能態様に影響が及ぼされることがある。ばね４および５はプレストレスされている。
（ステップ２）：
成形は挟持された状態で行われる。ばね４はプレストレスされており、ばね５はパンチ２によって押し退けられる。
（ステップ３）：
パンチと雌型装入体は下死点に達する。もしも溶接開先の成形ないし隅領域の増厚が不必要であれば、ステップ４を省くことができる。ばね１はプレストレスされており、ばね２はパンチによって押し退けられ、雌型装入体３は雌型６内に支えられている。
（ステップ４）：
この作業ステップにおいて、コスト節減のために、つぶし成形リブ８を備えた開先成形パンチ７による溶接開先の成形を、溶接方法とそれに必要とされるアングルとは無関係に行うことが可能である。同時に、内側においても外側においても、隅部の半径を減少させることができる。さらに、この領域の肉厚が高められる。ばね４はつぶし成形リブによって押し退けられ、ばね５のポジションはそのままである。
（ステップ５）：
雌型装入体３は同時に部材の突出しに利用され、このポジションにおいて次のブランク材を受け入れることができる。
【００６４】
（利点）：
−  雌型装入体による案内成形。
【００６５】
−  つぶし成形は部材が下死点に位置して初めて行われる。つまり、つぶし成形によって材料が底部にずらされることはなく、従来の技術におけるよりも圧縮ストロークは小さい（図１８参照）。
−  シンプルな成形型構造。つまり、パンチのばねシステムが必要とされるだけである。
−  成形型のコスト減少。
−  ストロークに応じた補助的制御は成形型に不要である。
【００６６】
〔実施例３〕
この方法手順は図１１に表されている。
（ステップ１）：
ブランク材１は雌型６とパンチ２との間に挟持される。部材に応じ、雌型装入体によって挟持を支援することが可能である（不図示）。Ｆ１、Ｆ２およびＦ３：図１１の付記参照のこと。
（ステップ２）：
雌型装入体が欠落している場合には、部材は自由成形される。Ｆ１、Ｆ２およびＦ３は変化なし。
（ステップ３）：
パンチ２は引戻される。これはＦ１の制御によって行われる。つぶし成形リブ８は縁部９と接触する。Ｆ２およびＦ３は不変である。
（ステップ４）：
システムはステップ３の状態のまま前方湾曲具９と接触するまで動作する。
（ステップ５）：
部材の端縁１０は雌型の底に接触する。これによって、底部における材料の溜まりが生ずる。Ｆ１、Ｆ２およびＦ３はステップ３に同じ。
（ステップ６）：
上型７が下降し、Ｆ３は全面的に押し退けられる。Ｆ２はこの分だけ相応して押し退けられる。これにより、側面域に高い摩擦を生ずることなく、隅部への材料の押し退けが行われる。
（ステップ７）：
Ｆ３の完全な押し退けによる部材のつぶし成形。
【００６７】
（利点）：
−  底部における材料溜まり。
−  側面の摩耗の減少。
−  側面の所要圧縮が僅かであること。
【００６８】
〔実施例４〕
この方法手順は図１２に表されている。
【００６９】
（ステップ１）：
ブランク材１は雌型６とパンチ２との間に挟持される。部材に応じ、雌型装入体によって挟持を支援することが可能である（不図示）。Ｆ１およびＦ２：図１２の付記参照のこと。
（ステップ２）：
雌型装入体が欠落している場合には、部材は自由成形される。Ｆ１およびＦ２は変化なし。
（ステップ３）：
底部領域がパンチ２と前方湾曲具９との間に挟持される。Ｆ１およびＦ２は変化なし。
（ステップ４）：
Ｆ１は上型７の下降運動によって押し退けられ、こうして、つぶし成形リブ８が部材を隅領域において雌型６内に押し込む。Ｆ２は不変である。
（ステップ５）：
パンチ２とつぶし成形リブ８とが同時に下降して、部材のつぶし成形が行われる。その際、Ｆ２は押し退けられる。
【００７０】
（利点）：
−  シンプルな成形型構造。つまり、パンチのばねシステムが必要とされるだけである。
−  成形型のコスト減少。
−  ストロークに応じた補助的制御は成形型に不要である。
−  前方湾曲具による底部領域における材料溜まり。
【００７１】
〔実施例５〕
この方法手順は図１３に表されている。
（ステップ１）：
ブランク材１は雌型６とパンチ２との間に挟持される。部材に応じ、雌型装入体によって挟持を支援することが可能である（不図示）。Ｆ１およびＦ２：図１２の付記参照のこと。
（ステップ２）：
雌型装入体が欠落している場合には、部材は自由成形される。Ｆ１およびＦ２は変化なし。
（ステップ３）：
底部領域がパンチ２と前方湾曲具９との間に挟持される。Ｆ１およびＦ２は変化なし。
（ステップ４）：
パンチ２はＦ１の制御押し退けによってそのポジションを保持する。上型７が下降し、こうして、つぶし成形リブ８が部材を隅領域において雌型内に押し込む。Ｆ２は不変である。
（ステップ５）：
つぶし成形リブが部材の最終寸法にまで移動し、パンチは不変のポジションに留まり、Ｆ１がつぶし成形リブの相対運動を制御する結果、パンチのポジションは不変のままである。Ｆ２は不変である。
（ステップ６）：
Ｆ１によるパンチの繰り出しによる部材のつぶし成形。Ｆ２はこれによって押し退けられる。
【００７２】
（利点）：
−  上型は単一のばねシステムしか必要としない。
−  成形型のコスト減少。
−  つぶし成形リブの圧縮ストロークとは無関係な底部領域における溜まり。
【００７３】
本発明の利点は、材料の圧縮、溶接縁の造り出しならびに部材突出しを含めた案内成形が単一の成形型内において高信頼度で、速やかかつ確実に実施され、その際、特に低温のプロセス制御によって摩耗発生が減少し、サイクル時間が高度化され、よりコンパクトな炉システムが使用可能となるように構成された方法ならびに装置を提供することである。さらに、スケール形成が減少させられ、これによって、後加工が軽減され、より高強度のＴＭ鋼から複雑な部材を製造する可能性が所与となる。
【００７４】
ブランク材用の鋼板としては裸薄板、ただしコーティング薄板も使用可能である。
コーティングとしては、電解亜鉛めっきまたは場合により合金ステップを含んだ極めて多様な溶融浸漬亜鉛めっき、亜鉛−アルミニウム皮膜ないしアルミニウム−亜鉛皮膜、アルミニウム皮膜、またナノ皮膜等も適切である。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月10日(2008.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
鋼として、最高７００℃までの温度時に安定な組織を有する鋼が使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
鋼材として、焼ならし圧延鋼、焼ならし鋼または熱機械的圧延鋼が使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記の鋼が４００℃〜８００℃、好ましくは６００℃〜７５０℃の温度に加熱されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記ブランク材は成形用上型と成形用下型との間に装入され、前記上型は部材の形状を造り出すパンチを有すると共にさらに、小さな隅部のつぶし成形と所望の限りで溶接開先成形とを行うためのつぶし成形リブが設けられており、前記成形用下型は雌型装入体ならびに雌型自体を含んでなり、前記上型の接触による上型と雌型装入体との両側接触によって前記ブランク材は挟持されて成形が実施され、変形がさらに続行される際に、前記雌型装入体は、前記パンチが下死点に到達するまで前記パンチによって押し退けられて部材が全体として成形され、その際、前記雌型装入体は前記雌型によって支えられ、続いて、最終つぶし成形が実施されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記ブランク材を製造するための鋼板として、裸鋼板またはコーティング鋼板が使用されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
コーティング鋼板として、電解亜鉛めっき鋼板、溶融浸漬亜鉛めっき鋼板（加熱亜鉛めっき鋼板）、亜鉛＋アルミニウムまたはアルミニウム＋亜鉛および、場合によりその他の金属からなる溶融浸漬コートを有する溶融浸漬コーティング鋼板または基本的にアルミニウム＋ケイ素からなるコートを有するコーティング鋼板または鋼との合金プロセスによって合金化された亜鉛コートを有するコーティング鋼板が使用されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
ブランク材が成形型に装入され、前記成形型を用いて前記ブランク材から成形材が製造される鋼ブランク材の温度制御成形装置で請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置であって、
前記装置は上型（７）と下型とを有し、前記上型には部材の形状を造り出すパンチ（２）が設けられていると共にさらに、小さな隅部のつぶし成形と必要な場合に溶接開先成形とを行うためのつぶし成形リブが設けられ、前記パンチはばねパッケージ（４）を介して前記上型（７）に結合されており、さらに、雌型装入体（３）ならびに雌型（６）自体が配された下型（１１）が設けられて、同所に前記雌型装入体（３）を制御するための第２のばねパッケージ（５）が設けられていることを特徴とする装置。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
前記ばねパッケージ（４，５）が金属ばね、特にスチールばね、油圧ばね、ダンパシステムばねまたはガススプリングからなっていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記雌型の底に前方湾曲具（９）が設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
焼ならし圧延鋼の化学的組成は規格ＤＩＮ  ＥＮ  １０１４９−３およびＤＩＮ  ＥＮ  １００２５−３に見いだされる。熱機械的圧延鋼の化学的組成は規格ＤＩＮ  ＥＮ  １０１４９−２に述べられている。最小降伏点の同じ鋼材を比較すれば、焼ならし圧延鋼の方により高い炭素含有量が認められる。
米国特許第５，４５４，８８８号明細書から、３００°Ｆ〜１２００°Ｆ（１４９℃）で熱間成形される高力鋼部品の製造方法が公知である。使用される材料はフェライト−パーライト構造を有していなければならない。特別なつぶし成形については同文献では論じられていない。欧州特許第００５５４３６号明細書から、機械プレスされた薄板材料の戻りを減少させるための方法であって、成形時に逆圧が適用される方法が公知である。このプレスの対抗プレス要素は特にプレス内における薄板材料のポジショニングを制御するものである。ただし同文献は成形温度も被成形材料も開示していない。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
常温成形には双方の鋼材を使用することができるが、その場合、降伏点が同じでも熱機械的圧延鋼の方がより優れた成形能を示す。辺縁のつぶし成形ないし溶接開先成形は、発生する力が過大であることから、常温成形では不可能である。こうした理由から、複雑な形状寸法を有する部材用プレスの経済的な設計はもはや所与ではない。
本発明の目的は、容易かつ速やかに実施可能であると共に、成形型摩耗が改善され、さらにプロセス制御性の向上した、より低コストの方法を提供することである。
上記課題は請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。
その他の好適な実施態様は従属請求項に記載されている通りである。
本発明のもう一つの目的は、上記方法を実施するための装置であって、容易、速やかかつ確実に成形が実施され、摩耗が少なく、高サイクル時間で動作し、投資コストの低減を実現する装置を提供することである。
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月11日(2008.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
鋼板を成形するための方法であって、前記鋼板からブランク材が製造され、前記ブランク材は成形型に装入されて、前記成形型を用いて前記ブランク材から成形材が単段プロセスで製造され、その際、前記ブランク材は成形前に加熱され、前記加熱は、鋼が相転移を生ぜず、成形がフェライト域、パーライト域またはベイナイト域で行われ、共析温度または再結晶温度を超えることなく実施される方法において、
つぶし成形リブによって、小さな隅部のつぶし成形のため、またはこの領域における肉厚を増強するため、または溶接開先成形のため、あるいはそれらの組み合わせた目的のために前記成形材の外側縁がつぶし成形ないし圧縮されることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2010519048.tif 000024
2010519048.tif 000025
2010519048.tif 000026
2010519048.tif 000027