(57)【要約】  本発明は硬化形材、特に硬化されたスリット形材を製造するための方法であって、形材（１）は少なくとも部分領域ごとに基材のオーステナイト化温度以上の温度に加熱され、次いで、前記形材（１）は加熱後に限界硬化速度を上回る速度で冷却され、前記加熱に要されるエネルギーは少なくとも部分的に誘導加熱によってもたらされ、前記形材（１）の断面全体にわたって温度勾配または硬度勾配あるいはその両方を調整するために前記形材（１）の内部に自由端縁が配設され、前記端縁の大きさ、種類および広がりは所望の硬度または硬度勾配あるいはその両方が得られるように設定されている方法に関する。
2010539326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化形材、特に硬化されたスリット形材を製造するための方法であって、前記形材（１）は少なくとも部分領域ごとに基材のオーステナイト化温度以上の温度に加熱され、次いで、前記形材（１）は加熱後に限界硬化速度を上回る速度で冷却され、前記加熱に要されるエネルギーは少なくとも部分的に誘導加熱によってもたらされ、前記形材（１）の断面全体にわたって温度勾配または硬度勾配あるいはその両方を調整するために前記形材（１）の内部に自由端縁が配設され、前記端縁の大きさ、種類および広がりは所望の硬度または硬度勾配あるいはその両方が得られるように設定されている方法。
【請求項２】
基本加熱が伝導、対流、放射のいずれかまたはその組み合わせによって実施され、オーステナイト化温度以上への前記形材（１）の部分領域ごとの加熱は、特に前記自由端縁の領域において、電磁誘導によって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記自由端縁が、開口部、条溝、縦溝または横溝によってつくり出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】
開口部として、孔、丸孔、三角孔または多角形孔、スロット、型押し溝または型抜き溝が設けら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】
前記形材の断面全体にわたって硬度勾配を調整するための端縁として、前記スリット形材（１）の長手開口部（２）の限界をなす端縁（３）が用いら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】
前記形材（１）の軸方向全長または前記形材（１）の断面全体あるいはその両方にわたって温度勾配または硬度勾配あるいはその両方を調整するために、開口部は大きさまたは数あるいはその両方に応じて分散配置され、より高い温度に加熱さるべき領域または材料がより高い硬度に達すべき領域あるいはその両方には、加熱または硬化あるいはその両方の程度がより低い領域ないし硬化が行われない領域に比較して、より多くの開口部と共により多くの自由端縁が設けられてい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】
前記開口部が、残った基材が網状の支持構造のような骨組みを形成するようにして、配設されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
基材として、コーティングされたまたはコーティングなしの鋼板材料が使用されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記鋼板材料が亜鉛めっきされていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記基材が表面に亜鉛・鉄合金を形成させるため、硬化のための温度上昇前または硬化のための温度上昇時に、５００°〜７００℃の温度に加熱されてその状態に保持され、亜鉛・鉄合金めっき層が形成されることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
オーステナイト化温度以上に加熱された前記形材（１）が、ガス流、液体流、冷却金型のいずれかとの接触またはその組み合わせとの接触により、限界硬化速度を上回る速度で冷却されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
電磁誘導によってエネルギーを付与するため、前記形材は誘導コイルを貫いて軸方向に案内されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
１つ以上の誘導コイルが前記加工物の部分領域に作用させられることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記形材（１）が冷却後に、限界硬化速度を上回る速度で焼戻し処理され、硬化時にもたらされた応力が除去されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
硬化形材、特に硬化された開放型ロール成形形材を製造するための装置であって、帯鋼板を形材に成形する少なくとも１つの成形ユニットが設けられ、さらに、前記形材をオーステナイト化温度以上の温度に加熱する装置が設けられ、先に加熱された前記形材を限界硬化速度を上回る速度で冷却し得る冷却装置が設けられ、さらに、自由長手端縁の型押し、打抜き、開口部形成、のいずれかを行う装置またはそれらの装置を組み合わせたものが設けられ、前記形材を加熱するための前記装置に前記形材の少なくとも部分領域に作用を及ぼすインダクタまたはコンダクタが設けられて、断面全体にわたって温度上昇勾配ならびに硬度勾配が達成されるように構成した装置。
【請求項１６】
通過させられる形材が限界硬化速度を上回る速度で冷却されるように形成された冷却装置（２１ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記の冷却、硬化された形材が通過時に再加熱され、その際、焼戻しされて、硬化時に生じた応力が除去される焼戻し装置が設けられていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
焼入れ性鋼板から請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法によって製造された、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置を用いて製造された硬化形材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は形材、特にロール成形されたスリット形材を硬化するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ出願公開第１０１２００６３号公報明細書から、自動車用の金属形材を製造するための方法であって、帯板の形で供された出発材料がロール成形ユニットに供給されて、ロール成形形材に成形される方法が公知である。この場合、ロール成形ユニットを通過する前または後に、出発材料ないしロール成形形材は硬化に必要な温度に加熱され、続いて、冷却ユニットによって急冷されて、硬化される。ロール成形形材は、後置されたキャリブレーションユニットを経て、長さ寸法裁断ユニットに供給され、同所において、ロール成形形材は個別の形材に長さ寸法裁断される。
【０００３】
ドイツ特許公告第１０２５４６９５号公報明細書から、金属成形形材を製造するための方法であって、先ず、未硬化の熱成形可能な鋼板からなる半製品が常温成形法によって形材ブランクに成形される方法が公知である。続いて、ブランクの端縁は製造さるべき形材に一致した端縁輪郭に合わせて裁断される。最後に、裁断された形材ブランクは加熱され、熱成形金型内で焼入れプレスされる。形材は熱成形後にすでに所望の端縁輪郭を有しているため、最終的な形材端縁の裁断は不要である。
【０００４】
ドイツ特許公開第１００３３４９３号公報明細書から、自動車用の耐衝撃構造材を熱処理するための装置であって、複数の耐衝撃構造材を案内して、耐衝撃構造材を所定の方向に規則的、連続的に供給するための段コンベアと、等しくステップコンベア後方に配置された搬送ユニットおよびガイドユニットとを備え、耐衝撃構造材を加熱するために使用されるリング状の誘導コイルを備えた熱処理ユニットが設けられ、耐衝撃構造材は回転運動ユニットによって誘導コイルの中心に向かって案内され、こうして、誘導コイルの中心を通過させられるように構成した装置が公知である。
【０００５】
ドイツ特許公開第１９７４３８０２号公報明細書から、金属成形形材を製造するための方法であって、形材は指定された鋼合金の合金鋼から形成され、ブランクの部分領域は３０秒以下の時間で６００℃〜９００℃の温度にもたらされ、こうして部分熱処理されたブランクはプレス成形型によって成形形材に成形され、次いで、成形形材はプレス成形型内で調質される方法が公知である。これは底部の硬度が異なった形材を得ようとするものである。
【０００６】
日本特許出願公開第２００２０２０８５４号公報明細書から、いわゆるテーラードブランク法によって製造された、隣接領域よりも高強度に形成された領域を有する形材が公知である。
【０００７】
日本特許出願公開第２００５３３０５０４号公報明細書から、形材の部分的熱処理ならびにそのための装置が公知である。
【０００８】
ドイツ出願公開第１０２００４０４６１１９号公報明細書から、成形によって製造された、強度の異なる所定のゾーンを有する一体型薄板半製品と、当該半製品を製造するための方法が公知である。所定のゾーンの所望の強度を達成するため、所定のゾーンは加熱と、続いての急速な冷却に付される。高い温度勾配を達成するために、成形金型が使用され、特に冷却式ロール成形金型が使用される。
【０００９】
米国特許第４，４８２，７９３号公報明細書から、多数の同一長尺加工物を誘導加熱するための装置が公知である。
【００１０】
鋼材応用研究協議会ｅ．Ｖ．の公開された研究プロジェクトＰ５８４／２００５年７月から、長方形ないし正方形断面を有する開放型中空形材の内部に縦長の支柱の形の角形補強材を組み込むことが公知である（図３５）。
【００１１】
さらに、角形補強材の取付けによって支持梁を補強することが公知である（図３６）。
【００１２】
さらに、鋼材応用研究協議会の研究プロジェクトＰ５８４、ｐ．７４から、ドイツ特許公開第１９７４３８０２号公報明細書と同様に、長尺中空形材の一定の領域を硬化することが公知である。
【００１３】
同じく、鋼材応用研究協議会の公開された研究プロジェクトＰ５８４、２００５年７月、ｐ．７６から、スリット形材の全長にわたって種々相異した肉厚ゾーンを形成することが公知であり、この場合、これらの種々相異した肉厚は基材のフレキシブル圧延によって達成され、厚い肉厚領域と薄い肉厚領域との間に移行領域が形成されている（図３８）。
【００１４】
従来技術によるさらに別の実施形態において、中空形材を形成するために、形材の長手方向に対して横向きに肉厚または品質の異なる鋼材をレーザ溶接することにより断面全体にわたって肉厚を変化させたいわゆるテーラードブランクが使用される（図３９，４０）。
【００１５】
さらに、形材が補強さるべき領域の内部に嵌め込み材を嵌め込み、場合により、同嵌め込み材を固定して、材料のこの領域を補強することが公知である（図４１，４２）。
【００１６】
さらに、上記実施形態とは反対に、当該形材の外側に嵌め込み材を被嵌することも公知である（図４３，４４）。
【００１７】
上述した従来技術による種々様々な実施形態はそれぞれ固有の短所を有している。
【００１８】
いわゆるテーラードブランク、したがって、特に肉厚または品質の異なる鋼材がレーザ溶接されたブランクの製造は、一方で溶接シームが不確定な硬度領域を招来し得ると共に、さらに、個々の領域間にしばしば急激な移行域が存在するとの点が短所である。加えてさらに、この種のブランクは、その製造に手間とコストが要されるため、かなり高価である。さらに、この種のブランクは、ロール成形時およびその後に溶接シームが常に百パーセント正しいポジションに位置しているように、特に正確に扱われなければならない。
【００１９】
高い荷重に曝される領域が内外に嵌め込み材を配設することによって厚く形成される形材にあっても、同じく、この種の形成は手間とコストを要すると共に、その後の成形工程に際して異なった応答挙動をもたらすとの点が短所である。こうした重複化が成形後に行なわれれば、それは少なくともかなりの手間とコストを要する。加えてさらに、またも、かなり急激な特性移行が存在するとの短所が生ずる。
【００２０】
上記短所は全長にわたって部分領域ごとの硬化ないし調質が行われる形材についても同様である。
【００２１】
フレキシブル圧延される管状形材にあっては、製造全体にわたって空間的ないし局所的な変位と共に、荷重時の異なった応答挙動がもたらされないように、移行領域ならびに肉厚領域および薄肉領域の位置が軸方向において百パーセント明確に定められていなければならないために、厚さが変化しない管状形材の場合よりも方法制御がコスト高になる点が短所である。
【００２２】
中空形材に支柱状または角形補強材を組み込む場合にあっては、それが非常な手間とコストを要して、高価であり、またも、応答挙動の点でかなり急激な移行を生ずることが短所である。
【００２３】
さらに、材料の肥厚化と組み込み要素の取付けは形材重量を高めることになり、これは、特に自動車組立てにおいて、いっそうの軽量化を図るという一般的な原則に反する。
【００２４】
曲げテスト時の応答挙動に関する上述した急激な移行は、クラッシュケースにおいて鋭い座屈と急激な破壊が生ずる原因となることからして短所である。こうした、望ましくない破壊挙動は図４５に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】ドイツ出願公開第１０１２００６３号公報明細書
【特許文献２】ドイツ特許公告第１０２５４６９５号公報明細書
【特許文献３】ドイツ特許公開第１００３３４９３号公報明細書
【特許文献４】ドイツ特許公開第１９７４３８０２号公報明細書
【特許文献５】日本特許出願公開第２００２０２０８５４号公報明細書
【特許文献６】日本特許出願公開第２００５３３０５０４号公報明細書
【特許文献７】ドイツ出願公開第１０２００４０４６１１９号公報明細書
【特許文献８】米国特許第４，４８２，７９３号公報明細書
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】鋼材応用研究協議会ｅ．Ｖ．、「研究プロジェクトＰ５８４」、２００５年７月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明の目的は、硬化形材、特に硬化された開放型ロール成形形材を製造するための方法であって、低コストで速やかにかつ高信頼度を実現してロール成形され、異なった硬度領域を有すると共に緩やかかつ効果的な移行領域が達成されるようにした軽量形材の製造を可能にする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
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。
【００２９】
有利な発展形態の特徴は従請求項に記載した通りである。
【００３０】
本発明のさらにもう一つの目的は、上記方法を実施するための、簡単な構造を有し、高い処理量を可能にすると共に種々異なった形材成形の点で高度な柔軟性を実現する装置を提供することである。
【００３１】
上記課題は請求項１４記載の特徴を有する装置によって解決される。
【００３２】
有利な発展形態の特徴は上記請求項の従請求項に記載した通りである。
【００３３】
硬化形材を製造するための本発明による方法は、特に高荷重に曝される領域において当業者に周知の通例の材料補強方法とは全く異なったものである。本発明によれば、より高い硬度と安定性が実現さるべき領域において、正反対のことが行われる。つまり、材料の減少が意図される。こうした材料節減は、孔、短冊孔、条溝またはその他の方途でつくられる自由端縁またはスリットの形で実現することができる。つまり、今までは考えられなかった軽薄化による、安定化が意図されているのである。これによりさらに、有利には、重量の減少と同時に安定性の向上を達成することができる。
【００３４】
硬化に必要なオーステナイト化温度は、誘導加熱が行なわれることによって形材内部にもたらされる。本発明によって使用されるこうした誘導加熱は材料節減箇所ないし孔の限界をなす端縁領域において特に高温を結果するため、適切な方法制御が行われれば、まさにこれらの領域が硬化されあるいは特に高度に硬化されることになる。孔ないし材料切除箇所の分散と適切な誘導加熱方法制御によって、硬度ならびに硬度推移のいずれをも非常に精密に調整することができる。
【００３５】
誘導加熱の原理は、電気伝導材料または半伝導材料が交流磁場内に置かれると、変圧器原理に従って、内部に電流が誘導されて加熱されることに基づいている。この主として表面を流れる渦電流は短絡されて、直接に熱に変換される。特別な周波数構成によって生み出される磁場は、加工物の加熱さるべきゾーンに合わされたインダクタによって発生させられる。
【００３６】
加熱される層の深度はジェネレータ周波数によって決定される。周波数と出力とを正しく選択することにより、誘導加熱によって、小部品の表面硬化から大形鍛造品の通し加熱までに及ぶあらゆる技術的加熱プロセスを実現することが可能である。誘導加熱が有する特性は、インダクタと加工物との間の非接触式のエネルギー伝達である。このエネルギーは数十センチメートルに達する比較的大きな間隔を経ても伝達可能である。それゆえ、加熱プロセスを損なうことなく、インダクタの感電防止絶縁が可能である。誘導加熱には、使用に係わる方法技術と使用機器とによって区別される基本的に２つの周波数範囲が利用される。中周波装置は、この間、１〜１０ｋＨｚの周波数用に、好ましくは安定したジェネレータとして構築されている。この装置は、運転周波数が低いために、多巻き(vielwindig)のインダクタを出力変圧器なしで接続することができることから、大形加工物の加熱に特に効果的に使用される。
【００３７】
運転周波数が１０ｋＨｚ〜６ＭＨｚの高周波装置は、誘導加熱に際して、極めて多様な使用が可能である。
【００３８】
誘導加熱は確かにかなり高い投資コストを必要とするが、その代わり、加熱コストは非常に低く、しかも非常に高効率である。非常に高い最高温度によって、高いエネルギー密度が達成される。決定的な利点は、変化に対する柔軟性、特に、加熱さるべき物品の形状寸法の変化に対する柔軟性である。特に、誘導加熱は、連続工程とりわけ平らな帯鋼板からの形材のロール成形におけるインライン加熱に非常に適している。
【００３９】
本発明の利点は、非常に高い安定性を備えていると同時に所定の座屈・破壊挙動を有する成形形材、特にロール成形形材が製造される点にあり、しかもさらに、これらの形材は従来技術の形材に比較してより軽量に形成されている。本発明による方法によれば、形材端縁の配置によって、この種の形材の硬度推移、安定性および座屈挙動を非常に精密に調整することができる。
【００４０】
本発明による方法の効果を達成するため、任意の形、例えば丸孔、角孔、短冊孔、スロット等の形の材料開口部が材料に設けられる。ただしこの場合、条溝の形の型押しまたは押し抜きが行われることによって本発明による方法に必要な端縁をつくりだすことができれば十分である。好適な利用が可能な端縁は、スリット形材の開口部の両側の限界をなす長手端縁である。
【００４１】
本発明による方法は、コーティングなしの鋼板形材にも、コーティングされた、特に金属コーティングされた鋼板形材にも適用可能である。
【００４２】
形材の硬度推移、安定性および重量は、形材への開口部の配置と、誘導加熱によってもたらされるエネルギーとによって容易に調整することができる。この場合、開口部の配置は、面全体にわたって配置される同じ大きさの孔の数をさまざまに変化させて行うことができると共に、異なった大きさの孔をさまざまに分散配置させること、例えば、特に高い強度を有する領域に異なった大きさの多数の孔を配置することによって行うことも可能であり、したがって、大きな孔同士の間の中間区域に小さな孔を配置することも可能である。既述したように、この場合、孔は必ずしも丸孔である必要はない。角張った孔の打抜きを行って、限界を形成する壁面区域がいわば一種の格子構造を形成するようにすることも可能である。この場合、こうした格子構造は、硬化の程度が低く設定される領域よりも、硬化の程度が高く設定される領域において多く設けられていてよい。こうして、硬化の程度が低く設定される領域に向かって、孔の数は減少するが、孔の大きさは大きくなるかあるいは一般に孔あけ率の少ない面が設けられていてよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による方法によって硬化された形材を示す図である。図示形材は一定の長さ区域のみが硬化されて形成されており、図をわかり易くするために、孔は不図示である。
【図２】全長にわたって硬化された形材を示す図であり、孔は不図示である。
【図３】孔の限界をなす端縁から出発して材料内部に達する硬度推移を示す図である。
【図４】さらに、リング状の高硬度領域を有するブランクを示す図である。
【図５】形材の側壁における、周縁に高い硬度領域を有する思料可能な開口部配置を非常に簡略化して示す図である。
【図６】底部領域に孔が配置され、加えてさらに、長手開口部に開口部が設けられているさらに別の、思料可能な実施形態を示す図である。同図において、硬度が最も高い領域はハッチングで表されている。
【図７】思料可能な開口部配置を有するさらに別の実施形態を示す図である。
【図８】思料可能な開口部配置を有するさらに別の形材を示す図であり、図中、硬度推移が簡略化して示されている。
【図９】硬度推移が簡略化して表された、形材のさらに別の開口部配置を示す図である。
【図１０】特に形材の結合領域に思料可能な開口部配置を有するさらに別の形材を示す図である。
【図１１】本発明による方法フローを非常に簡略化して示す図である。
【図１２】合金化を達成するための、亜鉛めっき鋼板向けの本発明による方法フローのさらに別の実施形態を示す図である。
【図１３】長さ寸法裁断工程、個品化工程および貯蔵設備が中間配置された、本発明による方法フローのさらに別の実施形態を示す図である。
【図１４】長さ寸法裁断工程、個品化工程および貯蔵設備が中間配置された、本発明による方法フローのさらに別の実施形態を示す図である。
【図１５】図１３〜１４に示した装置のさらに別の実施形態を示す図であり、この場合、長さ寸法裁断された形材が製造される。
【図１６】図１５に示した設備で製造された長さ寸法裁断された形材を再加工するための炉と、金型内での冷却または加熱＋冷却によって形材を再加工するためのさらなる成形金型とを非常に簡略化して示す図である。
【図１７】形材の側面に作用を及ぼすコンダクタの第１の実施形態を示す図である。
【図１８】さらに加えて硬化用開口部が設けられた、さらに別の実施形態を示す図である。
【図１９】スリット形材の内部に電磁誘導を生じさせるためのインダクタのさらに別の実施形態を示す図である。
【図２０】硬化孔の設けられていない、図１９に示した実施形態のさらに別の、思料可能な実施形態を示す図である。
【図２１】コンダクタのさらに別の、思料可能な実施形態を示す図である。
【図２２】図１７に示したコンダクタの断面図である。
【図２３】図１９，２０に示したインダクタの断面図である。
【図２４】図２１に示したインダクタの断面図である。
【図２５】図１０に示した形材におけるインダクタの配置を示す図である。
【図２６】さらに別の、思料可能なリングインダクタの実施形態を示す図である。
【図２７】型押し溝内に沈み込んだ、さらに別の実施形態のインダクタを示す図である。
【図２８】形材用の、さらに別の、思料可能な実施形態のインダクタを示す図である。
【図２９】図２５に示したインダクタの側面図である。
【図３０】思料可能なリングインダクタの断面図である。
【図３１】図２７に示したインダクタ配置の側面図である。
【図３２】図２８に示したインダクタ配置の側面図である。
【図３３】本発明による方法に基づく硬化時の温度推移曲線を示す図である。
【図３４】亜鉛めっき層から亜鉛・鉄合金めっき層を形成するための保持相が中間に介在する、本発明による方法に基づく硬化時のさらに別の温度推移曲線を示す図である。
【図３５】従来技術による、安定性を高めるために支持梁に組み込まれた支柱を示す図である。
【図３６】従来技術による、角形形材による支持梁の補強を示す図である。
【図３７】従来技術による、形材全長の一部区間の完全な硬化を示す図である。
【図３８】フレキシブル圧延によって製造された、種々相異した肉厚ゾーンを有する形材を示す図である。
【図３９】従来技術による、異なった材料および／または異なった材料厚さを有する形材を示す図である。
【図４０】図３９に示した形材の、２つの異なった材料厚さを示す断面図である。
【図４１】形材の安定性を高めるための内部嵌め込み材を示す図である。
【図４２】形材の安定性を高めるための内部嵌め込み材を示す図である。
【図４３】内部に位置する支持梁の安定性を高めるために被嵌される外部嵌め込み材を示す図である。
【図４４】内部に位置する支持梁の安定性を高めるために被嵌される外部嵌め込み材を示す図である。
【図４５】従来技術による支持梁の座屈による非調和的な破壊を示す図である。
【図４６】本発明による方法によって製造された形材の調和的な曲げ破壊を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、図面を参照して本発明を例示的に説明する。
【００４５】
本発明による方法によれば、焼入れ性鋼合金からなる形材１は先ず、例えばロール成形によって、特に開放型断面を有する形材１に成形され、続いて、硬化される。その際、この種の形材の少なくとも部分領域ごとの硬化は、ごく一般に、電磁誘導によって鋼材中に渦電流が誘導されて、この渦電流が直ちに鋼材の加熱に利用されることによって行われる。硬化を実現するため、この鋼材は誘導加熱によって少なくとも部分領域ごとにいわゆるオーステナイト化温度以上の温度に加熱される。オーステナイト化されたこの種の鋼材が、いわゆる限界硬化速度を上回る速度で冷却されると、特に、硬化を招来する結晶格子ないし特別な金属相が形成されるに至る。この場合、基本的に、硬化は、従来技術からも公知のように、一定の領域２のみ（図１）に行われるか、または形材全体（図２）に行われることができる。
【００４６】
誘導加熱に際しては、鋼材の端縁３が鋼材のその他の壁部領域よりも著しく速やかにかつ高温に加熱されることが観察される。こうした加熱の推移は図３および４に示されているが、この場合、同じく特に高温かつ速やかに加熱される、環状に形成されたカット部である領域４が生ずる。図３および４に示した熱分布が存在する場合には、硬化に際しても同様な材料硬度推移が生ずると予測される。
【００４７】
達成されるべき硬度には、一方で、鋼材の絶対温度が重要であるが、他方でまた、転移プロセスに一定の時間が要されるために、鋼材がオーステナイト化温度を有するに至るまでの時間も重要である。
【００４８】
したがって、上述した温度推移によって同様な硬度推移も達成することができる。というのも、特に高温に加熱された領域はまた、おそらく、オーステナイト化温度以上の温度をより長い間にわたって保持する一方で、その他の領域はその後初めてこの温度に達することになり、それゆえ、転移時間もわずかしか存在しないからである。
【００４９】
いうまでもなく、このプロセスは、確かに端縁領域において硬化は達成されるが、ただし、そこから一定程度離れたところでは硬化温度は上回らないかまたは少なくとも実際の硬化が生ずるほど長く上回らないことがないようにして進行させることも可能である。
【００５０】
それゆえ、一方で端縁３によりかつ他方で電磁誘導の強度と持続時間とによって、形材が断面全体にわたって完全に硬化されるかまたは部分的にのみ硬化されるかあるいは異なった強度に硬化されるかどうかを決定することが可能である。
【００５１】
図５および６には、図３および４に示した端縁３の他に、形材の側壁６ないし底部７に設けられた多数の硬化用開口部５が示されている。
【００５２】
この場合、端縁３は通例のスリット形材１の軸方向に延びた開口部８の限界をなしており、他方、孔５は壁面に分散配置されている。側壁６に配された孔５（図５）または底部７に配された孔８（図６）は、例えば、円形の孔であってよい。これらの孔は、無論、角形、例えば三角形、四角形または多角形、例えば六角形または八角形に形成されていてもよい。さらに、孔５，８は溝孔状ないし短冊孔として形成されていてもよい。孔５，８の幾何的形状はそれほど重要な役割を果たすものではない。ただし、極度に高い荷重容量が求められる形材の場合に、これらの孔および孔分布を巧みに設計することによって大幅な重量節減を達成することが可能である。例えば、異なった大きさの三角孔（図中、不図示である）を設け、それらを、例えば常に４個の三角孔がそれぞれの１つの頂点で１個の共通点を向いているように配置して、形材の壁面に格子構造を形成することが可能である。この場合には、格子の桟は誘導加熱によって（孔同士の間の間隔に応じ）特に強度かつ良好に加熱され、こうして、特に高硬度の領域を形成することになる。
【００５３】
長手端縁３の硬化領域を拡大し、あるいは端縁３の長さと共に高焼入れ性領域を増加させるため、長手端縁３には、同じく隣接した硬化ゾーン形成を可能にする半円状またはその他の形状の開口部９が設けられていてもよい。これらの硬化ゾーンは図５および６においてハッチングで示され、符号１０で表されている。
【００５４】
この場合、上記硬化ゾーンの図示幅は、いうまでもなく、誘導加熱の持続時間と強度によって変動する。
【００５５】
この種の開口部は、特に、硬化さるべき形材のフランジ状結合領域に、特に、開口部１１ないし短冊状の開口部１２（図７および８）として配置することも可能である。
【００５６】
この場合にも、当該硬度推移を調整することが可能であり（図７，８および１０）、その際、開口部は、例えば、形材１の底部７の幅の１／２以上に相当する幅を有した開口部１３のようにかなりの広がりを有することもできる。この場合、大きな開口部１３と小さな開口部１４とを交互に配置して、硬度推移ないし温度推移１０に影響を与えることができる。
【００５７】
本発明による方法の実施装置は、コーティングなしまたは金属コーティング、特に亜鉛コーティングを施して形成されていてよい、巻き取られた帯鋼板の収容された帯板収納器１５を有している。連続的な工程を実現するため、帯板ロールから帯板が引き出される帯板収納器１５の後方には溶接装置１６が配置されており、同所において、新しい帯板の始端が先の帯板の終端に溶接取付けされる。次いで、帯板はいわゆる予備打抜き機４８に進入し、同所において、帯板に所望の開口部および孔、一部は端縁輪郭の打抜きも行われる。その際、予備打抜き機１８の前には帯板撓み収容部１７が配置され、予備打抜き機１８の後にも同じく帯板撓み収容部１９が配置されている。帯板が撓ませられて搬入されるこの種の撓み収容部によって、帯板送り速度の差が補償されると共に、場合により、帯板停止ならびに溶接時停止時間の補償が行われる。
【００５８】
帯板撓み収容部１９の後方で、帯板は成形機に達し、同所において、帯板はロールによってしだいに所望の形に成形される。成形機２０には硬化ユニット２１が連続している。硬化ユニット２１において、形材１の誘導加熱および／または伝導加熱が加熱装置２１ａで行なわれ、続いて、冷却装置２１ｂにおいて冷却が行われ、これによって硬化が行われるが、この場合、加熱は形材１の一部についても全体についても行わせることができる。加熱された形材１は、硬化ユニット２１の冷却装置２１ｂで、空気、その他の気体または水ないしその他の冷却液によって、限界硬化速度を上回る速度で冷却される。硬化ユニット２１には、硬化時に生じた応力を除去し、こうして、高い材料延性（ならびに調和的な曲げ破壊挙動の向上）を達成すべく、冷却後に、焼戻し装置２１ｃにおける焼戻し工程が設けられていてもよい。
【００５９】
さらに別の有利な実施形態（図１２）において、溶接部１６と第１の帯板撓み収容部１７との間には、ガルバニーリングユニット２４が設けられている。ガルバニーリングユニット２４の役割は、帯鋼板上の亜鉛めっき層を５００°〜７００℃に加熱して、亜鉛・鉄合金めっき層に変えることであり、ここで、ガルバニーリング・コーティングは基本的に公知である。このガルバニーリングユニット２４は、第２の帯板撓み収容部１９とロール成形機２０との間または、ロール成形機２０と硬化ユニット２１との間に設けられていてもよい。
【００６０】
さらに別の有利な実施形態（図１３〜１４）において、形材はロール成形機で製造され、形材１の部分的または全面的な硬化／焼戻しは、駆動ローラによって案内される連続搬送装置において、誘導加熱および／または伝導加熱と、さらに冷却によって実施される。この装置において、図中、同じ部分には同一の符号が付されている。本発明によるこの装置において、先ず、打抜きは予備打抜き機１８で完了され、ロール成形はロール成形機２０で完了され、続いて、形材１は当該長さ寸法に裁断され、こうして、機械的予備加工は終了している（図１３）。当該長さ寸法に裁断された形材は収納ユニット２５に集められ、先ず、駆動ローラ２８によってガルバニーリング工程２４に供給され、続いて、硬化ユニット２１に達し、同所において、装置２１ａで硬化に必要な加熱が実施され、続いて、ユニット２１ｂで冷却と、場合により、焼戻しを目的とした再加熱が実施される。硬化された形材は、続いて、駆動ローラによって調整台２６に案内され、場合により、再キャリブレーションされるが、その際、続いて、場合によりなお必要な長さ寸法裁断工程が裁断ユニット２７で実施され、また、同ユニットにおいて裁断不良品の除去も行なわれる。完成した形材は、最後に、最終収納ユニット２８に達する。図１３，１４に示したこの種の装置は、特に、既設のロール成形設備（図１３）に本発明によって可能な硬化設備を補充しようとする場合に、有利である。
【００６１】
さらに別の有利な実施形態（図１５〜１６）も図１２に示した装置を基礎としているため、この場合にも、図中、同じ部分には同一の符号が付されている。この実施形態において、長さ寸法に裁断された形材１は続いて、炉内３０で加熱され、続いてさらに、冷却金型３１内で、場合により金型と相補嵌合された状態で、急速に冷却される。同じく、図１６に示したさらに別の有利な実施形態においては、加熱も冷却も共に金型内で行われ、その際、金型３２の加熱は、例えば誘導加熱によって行なわれ、続いて、冷却は同じ金型内で循環冷却系３３によって行なわれる。
【００６２】
所期の硬化と、特に、加工物の全長に及ぶだけでなく、断面全体に及ぶ所期の硬度推移を達成するため、本発明によれば、加工物にエネルギーを付与するさまざまな装置が設けられる。
【００６３】
この場合、熱は、伝導によっても、電磁誘導によっても伝達可能であるが、その際、断面全体あるいは所期の箇所にインライン方式でエネルギーを付与するために、すでに述べたように、誘導加熱による熱付与が特に速やかかつ高度に行なわれることのできる端縁をつくり出すことが不可欠である。
【００６４】
この種の端縁は、ロール成形時に、上部に端縁３６の張り出した凹溝３５（図１７）が形成されることによってつくり出すことが可能であり、この場合、コンダクタまたはインダクタ３８が隣接壁面領域３７で作用して、これらの領域３７に熱を付与し、この熱は形材１の断面全体にわたって徐々に低下していく。
【００６５】
さらに別の有利な実施形態において、コンダクタまたはインダクタ３８が存在する領域３７に、速やかな加熱を実現すべく、さらに開口部５が設けられている。かくてこの場合、加熱は、溝３５内に張り出した端縁３６と共に孔５の端縁領域でも行われるが、この場合、さらに溝３５の底部に孔５が設けられていてもよい。
【００６６】
さらに別の有利な実施形態（図１９，２０）において、誘導コイル３９はスリット形材１の端縁３によって限界された長手スリット状開口部２内に突き入り、こうして、既述した溝底３５ないし同所に存在する孔５に作用する。
【００６７】
加えてさらにまたは同時に、コンダクタ（図２１）が形材１の領域３７に作用してよい。
【００６８】
さらに、形材１の所期の領域４０に複数のインダクタ３９を作用させることも可能であり（図２５，２７，２８，２９，３１，３２）、その際、これらの特別な領域４０はスリット形材１の、例えばフランジ領域ないし結合領域であってよく、また、スリット形材１のこれらのフランジ領域ないし結合領域４０は特に複数の孔５を有していてよく、これらの孔５は形材とその他の形材との結合に有用であると同時に既述した端縁加熱効果に寄与する。さらに、溝３４の限界をなす端縁３６の所期の加熱も可能であり、この場合、インダクタ３９は溝３４内に沈み込んで、端縁３６に作用する（図２７）。
【００６９】
最も単純なケースでは、形材１、特に、形材１の壁面に配設されて端縁３によって限界される、長手方向に延びた形材開口部２を有するスリット形材１の断面を抱囲するリングインダクタ３９が設けられている。この場合、形材１のその他の領域に比較して端縁３の強力かつ速やかな加熱効果が顕著に現われ、その際、熱分布と共に、硬化後の硬度分布も端縁３から出発して外側に向かって減退していく。したがって、スリット形材１の単一の長手開口部２の所期の配置によって、形材１の断面全体にわたって所望の硬度推移を保証することも可能である。
【００７０】
インダクタ３９は、孔５の設けられた面３７の上方を案内されることも可能であり、この場合、端縁３６を有した面３７は溝３４の限界を形成している。ここで、同じく、孔３５が面３７に設けられていれば、これらの孔の領域において速やかな加熱と所期の硬化を実現することができる（図２８および３２）。
【００７１】
本発明の利点は、本発明による方法により、誘導加熱時に金属形材の端縁に生ずる、より速やかかつより強度な端縁領域加熱効果を、インライン製造された形材の断面全体および全長にわたる硬度勾配の調整に適確に利用することができることである。全長に及ぶ硬度の調整は既知であるが、全長にわたる硬度勾配の調整は知られておらず、断面全体にわたる硬度の調整は今や初めて可能である。
【００７２】
この場合、硬度推移は、つくり出された端縁、例えば一体成形加工された溝の端縁、特に、一体成形加工された溝の内部に張り出した端縁、段付け加工または型押し条溝加工によって生じる端縁、孔およびスロット等の境界端縁を経て、非常に精密に調整することが可能である。
【００７３】
硬度勾配は、この場合、誘導加熱の作用持続時間によっても、付与されたエネルギーないし誘導加熱の強度、滞留時間つまり帯板送り速度および、孔の配置、孔の大きさおよび孔の種類によっても調整することが可能である。
【００７４】
孔は、有利には、形材にほぼ格子状の構造が形成されるように分布配置されていてよい。
【００７５】
本発明による、誘導加熱時の端縁効果を利用するための端縁を配設した利点は、さらに、形材が、安定性の増強ないし向上にもかかわらず、ほぼ完全に硬化された形材よりも軽量なことである。
【００７６】
断面全体ならびに全長にわたる形材内部のこうした硬度勾配調整により、この種の形材に激しい力が作用した場合にも、鋭いあるいは急激な座屈や角を生ずることのない調和的な曲げ破壊挙動の達成が可能である（図４６）。
【００７７】
さらに、本発明による方法は、容易、速やかかつ安全確実に実施することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１     形材
２     形材部分領域
３     端縁
４     端縁領域
５     硬化用開口部
６     側壁
７     底部
８     軸方向に延びる開口部
９     その他の開口部
１０   硬化ゾーン
１１   開口部
１２   短冊状の開口部
１３   大きな開口部
１４   小さな開口部
１５   帯板収納器
１６   溶接装置
１７   帯板撓み収容部
１８   予備打抜き機
１９   帯板撓み収容部
２０   成形機
２１   硬化ユニット
２１ａ ２１のサブユニット
２１ｂ ２１のサブユニット
２１ｃ ２１のサブユニット
２２   搬出ローラコンベア
２３   長さ寸法裁断ユニット
２４   ガルバニーリングユニット
２５   収納ユニット
２６   調整台
２７   長さ寸法裁断装置
２８   最終収納ユニット
２９   
３０   炉
３１   冷却金型
３２   金型
３３   循環冷却系
３４   溝
３５   凹溝
３６   溝３５内に張り出した端縁
３７   隣接壁面領域
３８   コンダクタまたはインダクタ
３９   誘導コイル／インダクタ／リングインダクタ
４０   形材１の領域４０
【図１】
2010539326.tif 000003
【図２】
2010539326.tif 000004
【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】
2010539326.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010539326.tif 000011
【図１０】
2010539326.tif 000012
【図１１】
2010539326.tif 000013
【図１２】
2010539326.tif 000014
【図１３】
2010539326.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2010539326.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2010539326.tif 000019
【図１８】
2010539326.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
2010539326.tif 000035
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
2010539326.tif 000041
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
2010539326.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月21日(2009.8.21)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化形材、特に硬化されたスリット形材を製造するための方法であって、形材（１）は少なくとも部分領域ごとに基材のオーステナイト化温度以上の温度に加熱され、次いで、前記形材（１）は加熱後に限界硬化速度を上回る速度で冷却され、前記加熱に要されるエネルギーは少なくとも部分的に誘導加熱によってもたらされる方法において、
前記加熱前に前記形材（１）の断面全体にわたって温度・硬度勾配を調整するために前記形材（１）の内部に自由端縁が配設され、その際前記端縁の大きさ、種類および広がりは所望の硬度または硬度勾配あるいはその両方が得られるように設定され、前記自由端縁は、開口部、条溝、縦溝または横溝によってつくり出され、開口部として、孔、丸孔、三角孔または多角形孔、スロット、型押し溝または型抜き溝が設けられることを特徴とする方法。
【請求項２】
基本加熱は伝導、対流、放射のいずれかまたはその組み合わせによって実施され、オーステナイト化温度以上への前記形材（１）の部分領域ごとの加熱は、特に前記自由端縁の領域において、電磁誘導によって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形材の断面全体にわたって硬度勾配を調整するための端縁として、前記スリット形材（１）の長手開口部（２）の限界をなす端縁（３）が用いら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】
前記形材（１）の軸方向全長または前記形材（１）の断面全体あるいはその両方にわたって温度勾配または硬度勾配あるいはその両方を調整するために、開口部は大きさまたは数あるいはその両方に応じて分散配置され、より高い温度に加熱さるべき領域または材料がより高い硬度に達すべき領域あるいはその両方には、加熱または硬化あるいはその両方の程度がより低い領域ないし硬化が行われない領域に比較して、より多くの開口部と共により多くの自由端縁が設けられてい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】
前記開口部が、残った基材が網状の支持構造のような骨組みを形成するようにして、配設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】
基材として、コーティングされたまたはコーティングなしの鋼板材料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】
前記鋼板材料が亜鉛めっきされていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基材が表面に亜鉛・鉄合金を形成させるため、硬化のための温度上昇前または硬化のための温度上昇時に、５００°〜７００℃の温度に加熱されてその状態に保持され、亜鉛・鉄合金めっき層が形成されることを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
オーステナイト化温度以上に加熱された前記形材（１）が、ガス流、液体流、冷却金型のいずれかとの接触またはその組み合わせとの接触により、限界硬化速度を上回る速度で冷却されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
電磁誘導によってエネルギーを付与するため、前記形材は誘導コイルを貫いて軸方向に案内されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
１つ以上の誘導コイルが前記加工物の部分領域に作用させられることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記形材（１）が冷却後に、限界硬化速度を上回る速度で焼戻し処理され、硬化時にもたらされた応力が除去されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
硬化形材、特に硬化された開放型ロール成形形材を製造するための先行する請求項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、帯鋼板を形材に成形する少なくとも１つの成形ユニットが設けられ、さらに、前記形材をオーステナイト化温度以上の温度に加熱する装置が設けられ、先に加熱された前記形材を限界硬化速度を上回る速度で冷却し得る冷却装置が設けられている装置において、
さらに、加熱前に、自由長手端縁、条溝または横溝あるいはその両方の型押しまたは打抜き装置、開口部、孔、丸孔、三角孔または多角形孔、スロットの形成する型押し装置または型抜き装置が設けられ、前記形材を加熱するための前記装置に前記形材の少なくとも部分領域に作用を及ぼすインダクタまたはコンダクタが設けられて、断面全体にわたって温度上昇勾配ならびに硬度勾配が達成されるようにしたことを特徴とする装置。
【請求項１４】
通過させられる形材が限界硬化速度を上回る速度で冷却されるように形成された冷却装置（２１ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記の冷却、硬化された形材が通過時に再加熱され、その際、焼戻しされて、硬化時に生じた応力が除去される焼戻し装置が設けられていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
焼入れ性鋼板から請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法によって製造され、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の装置を用いて製造された硬化形材。
【国際調査報告】
2010539326.tif 000049
2010539326.tif 000050
2010539326.tif 000051
2010539326.tif 000052
2010539326.tif 000053
2010539326.tif 000054