(57)【要約】【課題】熱間プレスにより引張強度が980MPa以上の硬質部と、硬質部に比べ硬度が小さく後加工性が良好な軟質部とを有する高強度部品を製造する方法を提供する。【解決手段】プレス加工及び冷却を終了した後に穴あけ加工等の後加工を行われる後加工予定部を含む部位である第1の部位1と、後加工予定部を含まない部位である第2の部位2とを有する鋼製の被加工材0の第1の部位1に、被加工材0の熱伝導率よりも小さな熱伝導率を有する断熱材3を装着し、内部の高温雰囲気による熱輻射と被加工材0での熱伝導とにより被加工材0を加熱する加熱炉に装入し、第1の部位1をAc３点未満に加熱するとともに第2の部位2をAc３点以上に加熱し、被加工材0を加熱炉から抽出して断熱材3を取り外した後に、被加工材0をプレス金型4に装入し、第2の部位2の温度がAc３点以上である状態でプレス金型４によるプレス加工及び冷却を開始し、高強度部品を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部位と、該第１の部位とは異なる第２の部位とを少なくとも有する鋼製の被加工材の当該第１の部位に、該被加工材の熱伝導率よりも小さな熱伝導率を有する断熱材を装着し、該断熱材を装着された被加工材を所定の温度に昇温された加熱炉に装入することにより、前記第１の部位をＡｃ３点未満に加熱するとともに前記第２の部位をＡｃ３点以上に加熱し、次いで、前記被加工材を前記加熱炉から抽出して該被加工材から前記断熱材を取り外した後に、該被加工材をプレス金型に装入し、前記第２の部位の温度がＡｒ３点以上である状態で前記プレス金型によるプレス加工及び冷却を開始することを特徴とする高強度部品の製造方法。
【請求項２】
前記加熱炉は、内部の高温雰囲気による熱輻射により、前記断熱材を装着された被加工材を加熱する請求項１に記載された高強度部品の製造方法。
【請求項３】
前記第１の部位は、前記プレス加工及び冷却を終了した後に後加工を行われる後加工予定部を含む部位である請求項１又は請求項２に記載された高強度部品の製造方法。
【請求項４】
前記プレス加工及び冷却を終了した後に、前記第１の部位の少なくとも一部に後加工を行う請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された高強度部品の製造方法。
【請求項５】
前記被加工材は、平板状の部材である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された高強度部品の製造方法。
【請求項６】
前記被加工材は、平板状の部材に予成形金型により予めプレス予成形されてなる非平板状の部材である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された高強度部品の製造方法。
【請求項７】
前記第１の部位を、前記加熱炉によりＡｒ１点以上に加熱する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された高強度部品の製造方法。
【請求項８】
前記断熱材の９００℃における熱伝導率は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された高強度部品の製造方法。
【請求項９】
前記被加工材は、一部又は全部に亜鉛めっき層が形成された鋼板である請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された高強度部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度部品の製造方法に関し、具体的には、熱間プレスにより例えば９８０ＭＰａ以上の引張強度を有する自動車部品等の高強度部品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体の構造部材や補強部品といった自動車部品、例えばバンパーレインフォースやドアインパクトビームには、衝突安全性の向上のために高強度であることのみならず、低燃費による地球環境の保全のために軽量であることも強く要請される。一般的に、これらの自動車部品は、高張力鋼板を冷間プレスすることにより成形されて製造される。しかし、成形性、形状凍結性さらには耐遅れ破壊性等の点で、９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板を素材して冷間プレスで成形する方法には問題が多い。
【０００３】
特許文献１には、素材となる鋼板であるブランクを８５０℃以上に加熱し、このブランクをプレス金型に装入してプレス成形し、そのまま型内で保持及び冷却して焼入れを行うことによって高強度部品を製造する熱間プレスに係る発明が開示される。
【０００４】
この発明によれば、焼入れにより９８０ＭＰａ以上の高強度を得られるだけでなく、高温の軟質状態で成形を行うために成形性が改善され、さらに熱間プレス後の製品の残留応力も低減されるために形状凍結性も良好で、遅れ破壊も抑制できるとされる。
【０００５】
しかし、一般的にプレス成形後の硬さはその強度に比例し、例えば１５００ＭＰａという高い引張強度を有するプレス成形品の硬度は４５０ＨＶにも達する。このような高硬度の部品に、例えば剪断加工や穴あけ加工等の後加工を行うには大きな加工能力を有するプレス機が必要となり、仮に後加工を行うことができたとしても後加工に用いる加工工具の寿命の低下は避けられない。
【０００６】
そこで、プレス金型における、後加工を行う後加工部位に相当する部位に、特許文献２に記載された発明では空隙を設けること、また特許文献３に記載された発明では熱伝導率が低い素材を充填することによって、いずれも、鋼板の冷却速度を低下してマルテンサイトの生成を抑制することにより後加工部位の硬度を低下する発明が開示される。
【０００７】
しかし、特許文献２、３により開示された発明によっても後加工部位の冷却速度を十分に低下することは難しく、その硬さは焼入部の７５〜８０％程度とかなり硬い。熱間プレスによるプレス成形品の焼入部の硬さはＨＶ４５０以上に達することを勘案すると、特許文献２、３により開示された発明によって焼入れ時の冷却速度を低下したとしてもＨＶ３４０程度の硬度はあり、十分な硬度低下を図れるとはいえない。
【０００８】
そこで、特許文献４には、赤外線加熱や誘導加熱により、鋼板の一部がＡｒ１点以上となるとともに残部が室温〜Ａｒ１点未満となるように鋼板の温度を部分的に変化させて加熱を行い、一部分がオーステナイトを含む状態でプレス成形を開始することにより高強度部品を製造する発明が開示される。
【特許文献１】特開２００２−１０２９８０号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８０３１号公報
【特許文献３】特開２００５−３４２７７６号公報
【特許文献４】特開２００５−１９３２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、赤外線加熱により鋼板の温度を部分的に変化させることはエネルギー効率が非常に低く、実用的でない。また誘導加熱によると鋼板を急速加熱することとなるが、被加工材が表面処理鋼板、特に亜鉛めっき鋼板である場合には、この急速加熱によりめっき相と地鉄相との反応が進まず、また、めっきが蒸発する。
【００１０】
また、赤外線加熱や誘導加熱による方法では、任意形状、例えば円形の穴あけ部位を硬化させないためにそれに合わせた円形の温度分布を付与することが困難であるので、部品の一部分の硬度を低下させることに伴って不可避的にその周囲の広い範囲の硬度も低下させてしまう。
【００１１】
さらに、通常、熱間プレスによる被加工材の加熱にはガス炉や電気炉を用いるが、この発明を行うには赤外線加熱装置や誘導加熱装置も追加して設ける必要が生じ、設備費の上昇が避けられない。
【００１２】
本発明の目的は、熱間プレスにより例えば自動車部品等の引張強度が９８０ＭＰａ以上の硬質部と、この硬質部に比較して硬度が十分に小さいことから加工性が良好な軟質部とを有する高強度部品を製造する方法を提供することであり、特に、任意な形状の軟質部を形成可能であって、さらに、被加工材が亜鉛めっき鋼板である場合であっても亜鉛の蒸発を抑制することが可能な高強度部品を製造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】
【００１３】
本発明は、第１の部位と、この第１の部位とは異なる第２の部位とを少なくとも有する鋼製の被加工材のこの第１の部位に、被加工材の熱伝導率よりも小さな熱伝導率、例えば９００℃において１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である熱伝導率を有する断熱材を装着し、この断熱材を装着された被加工材を所定の温度に昇温された加熱炉に装入することにより、第１の部位をＡｃ３点未満、好ましくはＡｒ１点以上Ａｃ３点未満、さらに好ましくはＡｒ１点以上Ａｃ１点とＡｃ３点との中間温度以下に加熱するとともに第２の部位をＡｃ３点以上に加熱し、次いで、被加工材を加熱炉から抽出して被加工材から断熱材を取り外した後に、この被加工材をプレス金型に装入し、第２の部位の温度がＡｒ３点以上である状態でプレス金型によるプレス加工及び冷却を開始することを特徴とする高強度部品の製造方法である。
【００１４】
本発明では、加熱炉が、内部の高温雰囲気による熱輻射により、断熱材を装着された被加工材を加熱する型式の加熱炉であることが望ましい。
これらの本発明では、第１の部位が、プレス加工及び冷却を終了した後に例えば剪断加工や穴あけ加工等の後加工を行われる後加工予定部を含む部位であることが、望ましい。
【００１５】
さらに、これらの本発明では、プレス加工及び冷却を終了した後に、第１の部位の少なくとも一部に上述した後加工を行うことにより、例えばバンパーレインフォースやドアインパクトビームといった自動車車体の構造部材や補強部品である高強度部品が製造される。
【００１６】
これらの本発明では、被加工材は、平板状の部材であってもよいし、又は平板状の部材に予成形金型により予めプレス予成形されてなる非平板状の部材であってもよい。
さらに、これらの本発明では、被加工材は、一部又は全部に亜鉛めっき層が形成され鋼板であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、硬質のマルテンサイト組織を有する硬質部と、マルテンサイトの生成が抑制され硬質部に比べて硬度が十分に低く加工性が良好な軟質部とを有する高強度部品を製造することができる。これにより、この軟質部に対して例えば剪断加工や穴あけ加工等の後加工を容易に行うとともに、後加工に用いる工具の損耗を抑制しながら、高強度部品を製造することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、高強度部品が亜鉛めっき鋼板からなる場合であっても亜鉛の蒸発を抑制できるので、耐食性の低下を抑制しながら高強度部品を製造することができる。
また、本発明によれば、熱間プレス後の部品における軟質部の大きさや形状を自在に設定できるとともに、軟質部の周囲に不可避的に形成される硬度低下部の範囲を最小限に抑制できる。このため、熱間プレスにより、所望の形状、寸法の軟質部を設けながらも全体として所望の高強度を有する高強度部品を確実に製造することができる。
【００１９】
さらに、本発明により、硬質部及び軟質部を高強度部品の所望の位置に配置することができるので、例えばセンターピラー等の自動車車体の構造部材の軸方向へ向けて硬質部及び軟質部を適宜設けることにより、軸方向へ向けて衝撃荷重が負荷された構造部材の座屈による塑性変形モードを制御することができ、これにより、衝撃吸収能を高めた構造部材を製造することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の原理を簡単に説明する。
一般的に、鋼材はＡｃ１点以上に加熱されるとオーステナイト及びフェライトの二相組織となり、さらにＡｃ３点以上に加熱されるとオーステナイト単相組織となる。熱間プレスは、通常、被加工材をＡｃ３点以上に加熱してオーステナイト単相組織としてからプレス金型内で急冷してマルテンサイトを生成することにより高強度を得る加工法であるが、プレス前の加熱温度が十分には高くなくオーステナイトの割合が低い状態から急冷すると生成するマルテンサイト量も少なくなり、これに伴って熱間プレス後の製品の強度も低下する。
【００２１】
本発明は、このような、急冷開始温度の高低に起因した強度の高低を利用するものであり、一つの被加工材において、高強度すなわち高硬度を必要とする部位はＡｃ３点以上に加熱してオーステナイト単相とするとともに低硬度を必要とする部位はＡｃ３点よりも低い温度に加熱してオーステナイトの比率を低下するか、もしくはオーステナイトを含まないようにしておき、このように温度分布を設けて加熱された被加工材をプレス金型内で急冷することにより、Ａｃ３点以上に加熱した部位を高強度化するとともに、Ａｃ３点未満に加熱した部位を低硬度とすることにより、全体としては所望の高強度を有しながら剪断加工等の後加工を行う必要がある部位に対する加工性を充分に確保するものである。
【００２２】
次に、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
（ｉ）被加工材０への断熱材３ａ、３ｂの装着
図１は、加熱炉に装入される被加工材０の状況を示す説明図である。
【００２３】
被加工材０は、第１の部位１と、この第１の部位の両側に設けられる第２の部位２、２とを有する鋼板である。被加工材０の第１の部位１には断熱材３ａ、３ｂが装着される。
被加工材０として、図１に示す平板状の鋼板を用いてもよいし、あるいは平板状の鋼板に予成形金型により予めプレス予成形を行って所定の形状に成形された非平板状の鋼板、例えば曲げ成形を行われた鋼板を用いてもよい。本実施の形態では被加工材０が平板状の鋼板である場合を例にとって説明し、被加工材０が曲げ成形を行われた鋼板である場合は後述する実施の形態２で説明することとする。
【００２４】
被加工材０である鋼板の組成は、例えば、Ｃ：０．０８％以上０．４５％以下（以下、本明細書では組成に関する「％」は「質量％」を意味するものとする）、Ｍｎ及び／又はＣｒ合計で０．５％以上３．０％以下を含有し、さらに、Ｓｉ：０．５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｎｉ：２％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｍｏ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ｔｉ：１％以下、Ｎｂ：１％以下、Ａｌ：１％以下、及びＮ：０．０１％以下の１種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不純物である。特に高い焼入れ効果による高強度化を図る場合にはＣ：０．２％以上０．３％以下とすることが望ましい。
【００２５】
さらに、被加工材０として、亜鉛めっき鋼板を用いてもよい。亜鉛めっき鋼板は、上述した組成を有する鋼板を母材とし、めっき層がＦｅを８％以上２５％以下含有し、残部がＺｎ、Ａｌおよび不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いることが望ましい。
【００２６】
一方、図１に示す断熱材３ａ、３ｂは、被加工材０の熱伝導率よりも小さな熱伝導率、例えば９００℃において１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である熱伝導率を有する断熱材を用いる。また、断熱材３ａ、３ｂは、オーステナイト域への加熱により燃えたり、あるいは著しく劣化したりすることがない材料からなるものであればよく、特定のものには限定されない。このような断熱材３ａ、３ｂとして、ロックウール、グラスウール、セラミックファイバーさらには耐熱煉瓦等を例示することができる。
【００２７】
断熱材３ａ、３ｂの厚さは、その熱伝導率に基づいて決定するが、例えばセラミックファイバーを用いる場合には１０ｍｍ以上、望ましくは２０ｍｍ以上である。断熱材の厚さが薄過ぎると、後述する加熱炉からの輻射熱を十分に遮蔽することができなくなり、断熱材３ａ、３ｂの装着による被加工材０の温度上昇抑制効果を充分に得られなくなる。
【００２８】
断熱材３ａ、３ｂの寸法、すなわち断熱材３ａ、３ｂを装着される被加工材０の範囲は、被加工材０における硬度を低く抑制したい部位を含むことができる任意の形状とすればよい。被加工材０における硬度を低く抑制したい部位に対して、断熱材３ａ、３ｂが小さ過ぎるとその周囲からの熱伝導により硬度を低く抑制したい部位の温度が上昇し過ぎる可能性があるため、断熱材３ａ、３ｂの寸法は被加工材０における硬度を低く抑制したい部位の領域よりもやや大きく設定することが望ましい。例えば、後述する実施例に示すように、被加工材０における直径２０ｍｍの円形の穴あけ予定部の硬度を低下したい場合には、この円形の穴あけ予定部の外側にさらに半径で１０ｍｍの円形、すなわち直径４０ｍｍの円形の横断面形状を有する断熱材３ａ、３ｂを装着することが望ましい。
【００２９】
図２（ａ）は被加工材０の全幅の硬度を低く抑制したい場合の断熱材３−１の配置を示す説明図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ断面図である。このような場合には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、被加工材０の側面からの加熱を抑制するために、被加工材０の側面まで覆うことができるように寸法を大きく設定した２枚の断熱材３−１ａ、３−１ｂにより被加工材０を上下から完全に覆うようにすることが望ましい。
【００３０】
図１において、断熱材３ａ、３ｂの被加工材０への装着は、例えば、被加工材０の硬度を低く抑制したい部位を、断熱材３ａ、３ｂにより形成された保持治具により両側から挟み込むように保持することにより、行うことが、断熱材３を被加工材０に装着する手間を可及的少なくすることができ、望ましい。
【００３１】
このようにして、はじめに、被加工材０における硬度を低く抑制したい部位１に断熱材３ａ、３ｂを装着する。
（ｉｉ）被加工材０の加熱炉への装入
次に、このようにして断熱材３ａ、３ｂを装着された鋼板である被加工材０を、所定の雰囲気温度に昇温及び保持された加熱炉に装入することにより、硬度を低く抑制したい第１の部位をＡｃ３点未満、好ましくはＡｒ１点以上Ａｃ３点未満、さらに好ましくはＡｒ１点以上Ａｃ１点とＡｃ３点との中間温度以下に加熱するとともに、硬度を低く抑制する必要がない第２の部位をＡｃ３点以上に加熱する。
【００３２】
図３は、このようにして所定の温度分布に加熱された被加工材０を示す説明図である。
図３に示すように、被加工材０は、断熱材３ａ、３ｂを装着された第１の部位１がＡｃ３点未満に加熱されるとともに、硬度を低く抑制する必要がない第２の部位２、２がＡｃ３点以上に加熱される。
【００３３】
被加工材０の加熱に用いる加熱炉は、内部の高温雰囲気による熱輻射と、内部に配置される被加工材０における熱伝導とにより、断熱材３ａ、３ｂを装着された被加工材０を加熱する型式の加熱炉を用いることが望ましい。また、この加熱炉は、被加工材０を効率よく加熱するとともに被加工材０の表面の品質を良好に保つため、密閉もしくは雰囲気を保持できる加熱炉であることが望ましい。スケールの発生を抑制するため、加熱炉の内部を窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気とするか、ガス炉の場合では空燃比制御により還元雰囲気とすることが望ましい。このような加熱炉としては、例えば電気炉やガス炉が例示される。
【００３４】
この加熱炉の内部に被加工材０を配置して加熱すると、被加工材０は、加熱炉内の高温雰囲気による熱輻射と、被加工材０の内部の熱伝導とによって、昇温される。この昇温の初期段階では、炉内雰囲気からの輻射による割合が圧倒的に高いので、被加工材０の熱伝達率よりも低い熱伝達率を有する断熱材３ａ、３ｂを装着された被加工材０の第１の部位１の温度は、この断熱材３ａ、３ｂを装着されない第２の部位２の温度よりも、大幅に低下する。
【００３５】
このため、このような型式の加熱炉を用いて断熱材３ａ、３ｂを装着された被加工材０を加熱することによって、第１の部位１の硬度を低く抑制して軟質部として形成することができ、また、被加工材０が亜鉛めっき層を形成された鋼板である場合には加熱に伴う亜鉛の蒸発を、充分に抑制することが可能である。
【００３６】
第２の部位２をオーステナイト単相組織とするために加熱炉の炉内温度はＡｃ３点以上に設定するが、過剰に高く設定すると断熱材３ａ、３ｂを装着された第１の部位１までもＡｃ３点以上に加熱されるおそれがあるので、加熱炉はＡｃ３点以上（Ａｃ３点＋１００℃）以下の温度に設定することが望ましい。
【００３７】
被加工材０の加熱温度については、高強度化したい第２の部位２は、オーステナイト単相からの急冷によりマルテンサイトを充分に生成するためにＡｃ３点以上に加熱する。一方、高硬度化を阻止したい第１の部位１については、急冷後のマルテンサイトの生成を充分に抑制する観点から、非オーステナイト組織を含んだ状態である必要があり、そのためにはＡｃ３点未満に加熱する。望ましくは、オーステナイト比率が非オーステナイト比率より低い状態であるので、Ａｃ１点とＡｃ３点との中間温度以下であることが望ましい。さらに、オーステナイトが存在しない温度域、すなわちＡｃ１点以下であることが望ましい。つまり、高硬度化を阻止したい第１の部位１の硬度を低くするためには、この第１の部位１の温度は低いほど望ましい。
【００３８】
しかし、実際には、被加工材０を加熱炉から取り出してプレスを開始するまでにある程度の時間を要するので、第１の部位１が過剰に低温であると、被加工材０を加熱炉から取り出してプレスを開始するまでの間に第２の部位２から第１の部位１への熱伝導によって第２の部位２の熱を奪ってしまい、結果的に製品全体として所望の高強度を有することが難しくなるおそれがある。一方、材料の相変態のメカニズムを考察すると、第１の部位１の温度がＡｒ１点以上であっても、本発明が目的とする第１の部位１の部分的な硬度の低下は十分に達成でき、かつ第２の部位２の温度低下も最小限に抑制することができる。このため、第１の部位１の温度はＡｒ１点以上Ａｃ３点未満が望ましく、さらに望ましくはＡｒ１点以上Ａｃ１点とＡｃ３点との中間温度以下、一層望ましくはＡｒ１点以上Ａｃ１点以下である。
【００３９】
このようにして、被加工材０を、所定の雰囲気温度に昇温及び保持された加熱炉に装入し、被加工材０の第１の部位をＡｃ３点未満、好ましくはＡｒ１点以上Ａｃ３点未満、さらに好ましくはＡｒ１点以上Ａｃ１点とＡｃ３点との中間温度以下、一層好ましくはＡｒ１点以上Ａｃ１点以下に加熱するとともに、硬度を低く抑制する必要がない第２の部位をＡｃ３点以上に加熱する。
（ｉｉｉ）被加工材０の加熱炉からの抽出、及び断熱材３ａ、３ｂの取り外し
このようにして加熱された被加工材０を加熱炉から抽出し、被加工材０から断熱材３ａ、３ｂを取り外す。これらの操作には特段の特徴はないので、これ以上の説明は省略する。
（ｉｖ）被加工材０のプレス金型４への装入及びプレス加工の開始
図４は、断熱材３ａ、３ｂを取り外された被加工材０にプレス加工を行う状況を示す説明図である。
【００４０】
同図に示すように、断熱材３ａ、３ｂを取り外された被加工材０をプレス金型４ａ、４ｂに装入し、第２の部位２、２の温度がＡｒ３以上である状態で、プレス金型４ａ、４ｂにより所定の断面形状へのプレス加工及び冷却を開始する。
【００４１】
このプレス成形の際に、第２の部位２、２はオーステナイト域から急冷されるので硬質のマルテンサイトが形成される。一方、断熱材３ａ、３ｂを装着された第１の部位は、マルテンサイトの生成が防止される。
【００４２】
本発明では、プレス成形後に急冷することにより第２の部位２、２を焼入れるが、加熱炉から抽出してからプレス成形を開始するまでの間を空冷により徐冷されると、第２の部位２の硬度低下を生じる。このため、加熱炉から抽出した後は、出来るだけ速やかにプレス成形を開始することが望ましい。しかし、加熱炉から抽出して第１の部位１に装着された断熱材３ａ、３ｂを取り外してからこの被加工材０をプレス金型４まで搬送する必要があるので一定時間を要するが、時間が経つにつれて熱伝導により第１の部位１と第２の部位２との間の温度差が小さくなってしまう。そして、さらに温度低下が進んでプレス開始前に第２の部位２がＡｒ３点を下回ってしまうと、第２の部位２の強度を所望の高強度とすることができなくなる。例えば、被加工材０の板厚が１．６ｍｍである場合には９００℃からの空冷における被加工材０の冷却速度が１５℃／秒以上２０℃／秒以下であることに鑑み、加熱炉から抽出してからプレス成形を開始するまでの時間は、１２秒以内であることが望ましい。
【００４３】
なお、プレス金型４ａ、４ｂは、プレス成形及び下死点保持により冷却焼入を行うが、プレス金型４ａ、４ｂへの抜熱により焼入を行うことから、プレス成形時のプレス金型４ａ、４ｂの温度はその材質のＭｓ点よりも低温でなければならず、十分な冷却速度を得るためにはプレス金型４ａ、４ｂのプレス加工時における温度は、１００℃以下に保たれていることが望ましい。例えば、プレス金型４ａ、４ｂの内部に水管を配し、冷却水を通水することで金型の温度を１００℃以下に保つことができるような冷却機構を設けることが望ましい。
【００４４】
プレス加工では、プレスストロークの下死点で所定時間保持した後、被加工材０にプレス加工を行われて得られた成形品をプレス金型から取り出す。
成形後すぐに成形品をプレス金型から取り出してしまうと、熱収縮の不均一により、成形品の形状精度が低下するおそれがあるからである。成形後はプレスストロークの下死点で成形品の温度が２００℃以下に低下するまで保持冷却することが望ましい。また、第２の部位２の硬度を十分高くする観点より、加熱炉から抽出してからＭｓ点以下に冷却されるまでの間の冷却速度は３０℃／秒以上であることが望ましい。
【００４５】
図５は、このようにして製造された高強度部品５を示す説明図である。図５に示すように、この高強度部品５は、硬質のマルテンサイト組織を有する硬質部２、２と、マルテンサイトの生成が抑制され、硬質部２に比較して硬度が十分に小さい軟質部１とを有する。この軟質部１には、例えば剪断加工や穴あけ加工等といった後加工を行われる後加工予定部が含まれている。
【００４６】
このため、この高強度部品は、軟質部１に対しては例えば剪断加工等の後加工を容易に行うことができ、かつ後加工に用いる工具の損耗を抑制することができる。
また、この高強度部品５は、内部の高温雰囲気による熱輻射と、内部に配置される被加工材の内部の熱伝導とにより被加熱物を昇温する形式の加熱炉により加熱されてからプレス加工に供されて製造されるので、その素材である被加工材０が亜鉛めっき層を形成された鋼板からなる場合であっても亜鉛の蒸発を抑制でき、これにより耐食性の低下を防止できる。
【００４７】
さらに、この高強度部品３は、断熱材３の形状や寸法を適宜調整するだけでプレス後の部品における軟質部１の大きさや形状を自在に設定できるとともに、軟質部１の周囲に不可避的に形成される硬度低下部の範囲を最小限に抑制できる。よって、熱間プレスにより、所望の形状の軟質部１を設けながらも全体として所望の超高強度を確実に有する。
【００４８】
さらに、この高強度部品３は、断熱材３の形状や寸法を適宜調整するだけで硬質部２及び軟質部１を高強度部品５の所望の位置に配置することができるので、例えばセンターピラー等の自動車車体の構造部材の軸方向へ向けて硬質部２及び軟質部１を適宜設けることにより、軸方向へ向けて衝撃荷重が負荷された構造部材の座屈による塑性変形モードを制御することができ、これにより、衝撃吸収能を高めた構造部材を製造することもできる。
（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。本実施の形態が実施の形態１と相違するのは、熱間プレスに供される被加工材０が、平板が曲げ成形された非平板状の部材である点である。そこで、以降の説明では上述した実施の形態１と相違する部分を説明し、共通する部分については同一の符号を付することにより重複する説明を適宜省略する。
【００４９】
図６は、本実施の形態において用いる被加工材０−１の形状を示す説明図である。
図６に示すように、本実施の形態において用いる被加工材０−１は、平板状の鋼板を予成形金型（図示しない）により所定の断面形状に冷間でプレス予成形することにより、得られるものである。この被加工材０−１には、図６中にハッチングして示す、後加工を行うために硬化を阻止したい部位がある。
【００５０】
なお、プレス予成形に用いる予成形金型は、プレス成形に用いるプレス金型と同じ断面形状のものでもよく、また、異なる断面形状のものであってもよい。
図７は、加熱炉に装入される被加工材０−１の状況を示す説明図である。
【００５１】
図７に示すように、次いで、この被加工材０−１における、図６中にハッチングして示す、後加工を行うために硬化を阻止したい部位を含む第１の部位１に、断熱材３−２ａ、３−２ｂを装着してから、所定の雰囲気温度に設定された、実施の形態１で用いた加熱炉に装入し、加熱する。
【００５２】
図８は、加熱時の被加工材０−１を示す説明図である。
これにより、断熱材３−２ａ、３−２ｂを装着された被加工材０−１は、図８に示すように、第１の部位１がＡｃ３点未満の温度に加熱されるとともに、第１の部位１を除く第２の部位２がＡｃ３点以上となる温度に加熱される。
【００５３】
図９は、断熱材３−２ａ、３−２ｂを取り外された被加工材０−１にプレス加工を行う状況を示す説明図である。
次いで、この被加工材０−１を加熱炉から抽出し、断熱材３−２ａ、３−２ｂを取り外した後に、図９に示すように、第２の部位２がオーステナイトを含む状態でプレス金型６ａ、６ｂに装入し、プレス金型６ａ、６ｂにより所定の断面形状にプレス成形する。そして、プレスストロークの下死点で所定時間保持した後、プレス金型６ａ、６ｂから取り出す。
【００５４】
プレス成形の際に、第２の部位２はオーステナイト域から急冷却され硬質のマルテンサイトが形成される。一方、断熱材３−２ａ、３−２ｂを装着された第１の部位１は、マルテンサイトの生成が防止される。
【００５５】
図１０は、このようにして製造された高強度部品７を示す説明図である。
これにより、図１０に示すように、硬質のマルテンサイト組織を有する硬質部２、２と、マルテンサイトの生成が抑制され硬質部２に比較して硬度が十分に低く加工性が良好な軟質部１とを有する高強度部品７が得られる。軟質部１は後加工を行うために硬化を阻止したい部位を含むため、この軟質部１に対して剪断加工等の後加工を容易に行うことができる。
【００５６】
実施の形態１では、熱間プレスにおいて、特に絞り成形では絞り成形部の壁の耐力の低下に伴って絞り成形時に壁の破断が起こり易くなり、成形限界の低下を招くおそれがある。これに対し、実施の形態２では、冷間状態でのプレス予成形においては絞り成形部の壁の耐力が高いため、壁の破断を生じることなく複雑な絞り成形を行うことができる。
【００５７】
また、実施の形態２では、加熱後のプレス成形の主たる目的は、成形ではなく抜熱冷却による急冷であり、実施の形態１に比較するとプレス金型６ａ、６ｂに作用する負荷を小さくすることができる。このため、本実施の形態では、プレス金型６ａ、６ｂの材質を、例えば銅合金といった、軟質ではあるものの熱伝導率が高い材料を使用することが可能となり、これにより、実施の形態１よりも冷却効率を高めて生産能率を高めることができる。
【実施例１】
【００５８】
実施例を参照しながら、本発明をさらに具体的に説明する。
図１に示すように、Ｃ：０．２１％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１．２０％を含有する板厚１．６ｍｍ、長さ２８０ｍｍ、幅８０ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板（Ａｃ３点：
８２３℃程度、Ａｃ１点：７２８℃程度、Ａｒ３点：６００℃程度）からなる被加工材０の長手方向の中央部の両面に、厚さ２０ｍｍ、幅４０ｍｍのセラミックファイバー（９００℃における熱伝導率０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ）を断熱材３ａ、３ｂとして巻き付けて装着し、９００℃に設定した電気炉に装入して２１０秒間加熱した。
【００５９】
加熱後、図３に示す、断熱材３ａ、３ｂを装着された第１の部位１の温度は７００℃であり、第２の部位２、２の温度はいずれも９００℃であった。
この被加工材０を加熱炉から抽出した後およそ５秒間以内に断熱材３を取り外し、図４に示す金型４ａ、４ｂ（深さｄ：７０ｍｍ、頭部幅ｗ：８０ｍｍ）で、図５に示すハット状部材５にプレス成形した。下死点でプレスを止めそのまま２０秒間保持し、その後金型４ａを上死点に戻して成形品５を取り出した。取り出し後の温度はおおむね１００℃以下であった。なお、炉出しからプレス開始までは空冷とした。
【００６０】
このようにして得られた成形品の硬度を測定したところ、図５に示すように、第２の部位２の硬度はＨＶ４５０以上（引張強度１５００ＭＰａ相当）であったのに対し、第１の部位１の硬度はＨＶ１７０（引張強度５７０ＭＰａ相当）であった。
【００６１】
比較例として、断熱材３ａ、３ｂを装着せずに加熱すること以外の条件は実施例１と同じ条件で、成形品を製造した。９００℃に設定した電気炉中で２１０秒間加熱したところ、被加工材０全体が９００℃に達し、加熱炉から取り出した後速やかにプレス成形し、下死点にて２０秒間保持してから取り出し、得られた成形品の硬度を測定したところ、全域でＨＶ４５０以上であった。
【実施例２】
【００６２】
実施例１と同じ鋼板（Ｃ：０．２１％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１．２０％を含有する板厚１．６ｍｍ、長さ２８０ｍｍ、幅８０ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき鋼板、Ａｃ３点：
８２３℃）を被加工材０として用いた。
【００６３】
図１１は、加熱炉に装入される被加工材０の状況を示す説明図である。
被加工材０の長手方向の中央部を、図１１に示すように、厚さ２０ｍｍ、半径２０ｍｍ（直径４０ｍｍ）のセラミックファイバー（９００℃における熱伝導率０．２５Ｗ／ｍ．Ｋ）からなる円柱状の断熱材３−３ａ、３−３ｂにより挟み込むことによって、被加工材０に断熱材３−３ａ、３−３ｂを装着し、この状態で９００℃に設定した電気炉に装入して２１０秒間加熱した。
【００６４】
なお、断熱材３−３ａ、３−３ｂに断熱材３−３ａ、３−３ｂを装着した部分の中心から半径１０ｍｍの円形の部位８が、円形の穴あけ加工を行われる後加工予定部である。
図１２は、加熱時の被加工材０を示す説明図である。
【００６５】
加熱後、断熱材３−３ａ、３−３ｂを装着された第１の部位１は、図１２に示すように中心部が７００℃であり、中心から半径１０ｍｍの部位８が７２０℃であり、さらに、第２の部位２は９００℃に達していた。
【００６６】
図１３は、断熱材３−３ａ、３−３ｂを取り外された被加工材０にプレス加工を行う状況を示す説明図である。
加熱炉から取り出し後５秒間程度で、図１３に示すプレス金型９ａ、９ｂ（深さｄ：７０ｍｍ、頭部幅ｗ：８０ｍｍ）で、図１４に示すハット状部材１０にプレス成形し、下死点にて２０秒間保持してから取り出した。取り出し後のハット状部材１０の温度はおおむね１００℃以下であった。なお、炉出しからプレス開始までは空冷とした。
【００６７】
このようにして得られたハット状部材１０の硬度を測定したところ、図１４に示す第１の部位１の中心部の硬度はＨＶ１７０であり、中心から半径１０ｍｍの部位８の硬度はＨＶ１９０であり、第２の部位２の硬度はＨＶ４５０以上であった。
【実施例３】
【００６８】
実施例１と同じ鋼板を冷間にて図４に示すプレス金型４ａ、４ｂ（深さｄ：７０ｍｍ、頭部幅ｗ：８０ｍｍ）により、ハット状部材にプレス予成形することにより得られる、図６に示す被加工材０−１に対して、頭部の中央部に図７に示すように厚さ２０ｍｍ、幅４０ｍｍのセラミックファイバー（９００℃における熱伝導率０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ）を断熱材３−２ａ、３−２ｂとして巻き付けて装着し、９００℃に設定した電気炉に装入して２１０秒間加熱した。
【００６９】
加熱後、図８に示す、断熱材３−２ａ、３−２ｂを装着された第１の部位１の温度は７００℃に達し、装着されなかった第２の部位２は９００℃に達していた。
この被加工材０−１を加熱炉から抽出した後、すみやかに図９に示すようにプレス金型６ａ、６ｂによりプレス成形して、図１０に示す成形品７とし、下死点にて２０秒間保持した後取り出した。取り出し後の成形品７の温度はおおむね１００℃以下であった。
【００７０】
このようにして得られた成形品７の硬度を測定したところ、図１０に示す第２の部位２の硬度はＨＶ４５０以上であったのに対し、第１の部位１の中央の硬度はＨＶ１７０であった。
【実施例４】
【００７１】
実施例１と同じ鋼板を冷間にて図４に示すプレス金型４ａ、４ｂ（深さｄ：７０ｍｍ、頭部幅ｗ：８０ｍｍ）によりハット状部材にプレス予成形することにより得られる、図１５に示す被加工材０−２の、頭部の中央部であって直径２０ｍｍの穴あけ予定部１１を含む領域１２を、図１６に示すように厚さ２０ｍｍ、半径２０ｍｍ（直径４０ｍｍ）のセラミックファイバー（９００℃における熱伝導率０．２５Ｗ／ｍ．Ｋ）からなる円柱状の断熱材３−４ａ、３−４ｂにより挟み込むことによって、被加工材０−２に断熱材３−４ａ、３−４ｂを装着し、９００℃に設定した電気炉に装入して２１０秒間加熱した。
【００７２】
加熱後、図１７に示したように第１の部位１の中心部である穴あけ予定部１１の温度は７００℃であり、この中心から半径１０ｍｍの領域１２の温度は７２０℃であり、さらに第２の部位２は９００℃であった。
【００７３】
加熱炉から取り出し後５秒間程度で図１８に示すようにプレス金型１３ａ、１３ｂでプレス成形して成形品１４とし、下死点にて２０秒間保持した後取り出した。取り出し後の成形品１４の温度はおおむね１００℃以下であった。なお、炉出しからプレス開始までは空冷とした。
【００７４】
このようにして得られた成形品１４の硬度を測定したところ、図１９に示す第１の部位１の中心の穴あけ予定部１１の硬度はＨＶ１７０であり、中心から半径１０ｍｍの領域１２の硬度はＨＶ１９０であり、さらに、第２の部位２の硬度はＨＶ４５０以上であった。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、実施の形態１において加熱炉に装入される被加工材の状況を示す説明図である。
【図２】図２（ａ）は、実施の形態１において被加工材の全幅の硬度を低く抑制したい場合の断熱材の配置を示す説明図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１において所定の温度分布に加熱された被加工材を示す説明図である。
【図４】図４は、実施の形態１において断熱材を取り外された被加工材にプレス加工を行う状況を示す説明図である。
【図５】図５は、実施の形態１により製造された高強度部品を示す説明図である。
【図６】図６は、実施の形態２において用いる被加工材０−１の形状を示す説明図である。
【図７】図７は、実施の形態２において加熱炉に装入される被加工材の状況を示す説明図である。
【図８】図８は、実施の形態２において加熱時の被加工材を示す説明図である。
【図９】図９は、実施の形態２において断熱材を取り外された被加工材にプレス加工を行う状況を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２において製造された高強度部品を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施例２において加熱炉に装入される被加工材の状況を示す説明図である。
【図１２】図１２は、実施例２において加熱時の被加工材を示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施例２において断熱材を取り外された被加工材にプレス加工を行う状況を示す説明図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２において製造された高強度部品を示す説明図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４における被加工材を示す説明図である。
【図１６】図１６は、実施の形態４において加熱炉に装入される被加工材の状況を示す説明図である。
【図１７】図１７は、実施例４において加熱時の被加工材を示す説明図である。
【図１８】図１８は、実施例４において断熱材を取り外された被加工材にプレス加工を行う状況を示す説明図である。
【図１９】図１９は、実施例４において断熱材を取り外された被加工材にプレス加工を行う状況を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
０、０−１、０−２  被加工材
１  第１の部位
２  第２の部位
３ａ、３ｂ、３−１、３−２ａ、３−２ｂ、３−３ａ、３−３ｂ、３−４ａ、３−４ｂ  断熱材
４、４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ、９ａ、９ｂ、１３ａ、１３ｂ  プレス金型
５  高強度部品
７  高強度部品
８  円形の部位
１０  ハット状部材
１１  穴あけ予定部
１２  領域
１４  成形品
【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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【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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