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WO2011132501A1 - 硬度の調整を可能にする熱間プレス成形の方法 - Google Patents

硬度の調整を可能にする熱間プレス成形の方法 Download PDF

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WO2011132501A1
WO2011132501A1 PCT/JP2011/057591 JP2011057591W WO2011132501A1 WO 2011132501 A1 WO2011132501 A1 WO 2011132501A1 JP 2011057591 W JP2011057591 W JP 2011057591W WO 2011132501 A1 WO2011132501 A1 WO 2011132501A1
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WO
WIPO (PCT)
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steel plate
mold
steel sheet
press
hardness
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2011/057591
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English (en)
French (fr)
Inventor
正憲 小林
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Topre Corp
Original Assignee
Topre Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US13/638,952 priority patent/US9409221B2/en
Publication of WO2011132501A1 publication Critical patent/WO2011132501A1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium

Definitions

  • the present invention relates to a method of hot press molding that makes it possible to locally adjust the hardness while increasing the hardness of a press-formed product by rapid cooling.
  • High-strength steel plates are often used for the purpose of increasing strength and weight.
  • the springback is large due to its high strength, and a problem arises in terms of shape freezing.
  • the press instead of using a cold press, the press is carried out as hot working, and the steel sheet is hardened by using rapid cooling at the time of close contact with the mold. May increase strength. This is called die quenching, press hardening or hot stamping.
  • the steel sheet is heated to an appropriate temperature of Ac 3 or higher, for example, about 1000 ° C. in order to make the steel sheet have an austenite structure.
  • the steel sheet is taken out from the furnace and subjected to air cooling, and then pressed at an appropriate temperature at which the austenite phase is maintained, for example, about 800 ° C.
  • the press-formed product is cured and strengthened.
  • the tensile strength is about 1470 MPa
  • the Vickers hardness HV is about 440. That is, the steel sheet formed by such a method has sufficient strength. Since the pressing is performed hot, the steel sheet is sufficiently flexible, the problem of springback is significantly reduced, and a highly accurate shape is obtained.
  • Hardness is locally adjusted at specific locations in the quenched product if further processing is required for the quenched and hardened hot press product or if there are other special needs That is desirable.
  • the present invention has been made based on such a viewpoint, and an object of the present invention is to provide a method of hot press molding that makes it possible to locally adjust the hardness.
  • a quenchable steel sheet is press-formed by a mold.
  • the steel sheet is heated to an Ac 3 point or higher of the steel sheet, and the heated steel sheet is subjected to a first press in order to impart local distortion to a limited portion, immediately after the first press.
  • the state in which the steel sheet is pulled away from the mold is maintained, and the steel sheet maintained in the state is pressed again to maintain the state in which the steel sheet is in close contact with the mold.
  • FIG. 1 is an elevational view illustrating an example of a step of applying a preliminary deformation before the first press in the method of hot press forming according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a perspective view of a steel plate before being subjected to preliminary deformation.
  • FIG. 2B is a perspective view of the steel sheet after being subjected to preliminary deformation.
  • FIG. 2C is a perspective view of the steel sheet after the first press in the hot press forming method.
  • FIG. 3A is an elevational sectional view of a steel plate and a die for pressing according to an example in which preliminary deformation is given by a punch.
  • FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local distortion is applied in the steel plate after the first pressing.
  • FIG. 4 is a schematic elevational sectional view of a mold and a steel plate used in the hot press forming method.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the operation of the upper die in the hot press forming.
  • FIG. 6 is a graph showing the hardness distribution after quenching, and explains the relationship between the temperature of the first press and the hardness distribution.
  • FIG. 7 is a graph showing the hardness distribution after quenching, and illustrates the relationship between the holding time after the first pressing at 600 ° C. and the hardness distribution.
  • FIG. 8 is a graph showing the hardness distribution after quenching, and illustrates the relationship between the holding time after the first pressing at 750 ° C. and the hardness distribution.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a mode in which shearing is performed on a steel sheet whose hardness is locally adjusted.
  • FIG. 10A is an elevational cross-sectional view of a steel plate and a die according to an example given preliminary deformation by burring.
  • FIG. 10B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local strain is applied after the first pressing is performed on the steel sheet shown in FIG. 10A.
  • FIG. 11A is an elevational cross-sectional view of a steel plate and a die according to an example given preliminary deformation by embossing.
  • FIG. 11B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local strain is applied after the first pressing is performed on the steel plate shown in FIG. 11A.
  • FIG. 10A is an elevational cross-sectional view of a steel plate and a die according to an example given preliminary deformation by embossing.
  • FIG. 11B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of
  • FIG. 12A is an elevational cross-sectional view of a steel plate and a die according to another example given preliminary deformation by embossing.
  • FIG. 12B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local strain is applied after the first pressing is performed on the steel sheet shown in FIG. 12A.
  • FIG. 13A is an elevational cross-sectional view of a steel plate and mold subjected to preliminary deformation according to another example.
  • FIG. 13B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local strain is applied after the first pressing is performed on the steel plate shown in FIG. 13A.
  • FIG. 14A is an elevational cross-sectional view of a steel sheet and a mold according to an example in which local distortion is applied by pressing.
  • FIG. 14A is an elevational cross-sectional view of a steel sheet and a mold according to an example in which local distortion is applied by pressing.
  • FIG. 14B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local strain is applied after the first pressing is performed on the steel plate shown in FIG. 14A.
  • FIG. 15A is an elevational cross-sectional view of a steel plate and a mold according to another example.
  • FIG. 15B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local strain is applied after the first pressing is performed on the steel plate shown in FIG. 15A.
  • FIG. 16A is an elevational sectional view of a steel plate and a mold according to still another example.
  • FIG. 16B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local strain is applied after the first pressing is performed on the steel plate shown in FIG. 16A.
  • FIG. 17A is an elevational cross-sectional view of a steel plate and a mold according to still another example.
  • FIG. 17B is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a portion where local strain is applied after the first pressing is performed on the steel plate shown in FIG. 17A.
  • FIG. 18 is an example of a temperature profile of a steel plate.
  • FIG. 19 is a schematic view showing an overview of equipment for hot press forming.
  • FIG. 20 is a schematic elevation cross-sectional view of a mold and a steel plate according to a modification.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing an overview of equipment for hot press forming according to a modification.
  • FIG. 22 is a schematic elevational sectional view of a mold and a steel plate used for the first press in the hot press forming method according to the second modification.
  • FIG. 23 is a schematic elevation cross-sectional view of a mold and a steel plate used for final pressing in the hot press forming method according to the second modification.
  • a quenchable steel plate is hot press formed.
  • the hot press forming method is to heat the steel plate to the Ac 3 point or more of the steel plate, and first press the heated steel plate in order to give local distortion to a limited part.
  • the state in which the steel sheet is separated from the mold is maintained, and the steel sheet maintained in this state is pressed again to maintain the adhesion to the mold for a certain period of time.
  • the parts that can be locally strained are limited and have a lower hardness than other parts (that is, the hardness is adjusted locally), so the relevant parts are sheared such as drilling or trimming. It is suitable for performing. Each step will be described in more detail below.
  • a specific deformation in the steel plate W is preferably given a preliminary deformation.
  • the portion to which such preliminary deformation is applied is crushed by the first press described later, so that local distortion is applied to the steel sheet W.
  • Such a method is advantageous in that a smooth surface can be finally obtained while including a step of imparting local strain to the steel sheet W.
  • a hole Wa is provided in advance in the corresponding part as shown in FIG. 2A.
  • the steel plate W is held by the mold 1 and the blank holder 2 as shown in FIG.
  • a punch 3 having a round bar shape and having a sharp tip 3a pushes and deforms the hole Wa, whereby a preliminary deformation is applied around the hole Wa of the steel sheet W.
  • FIG. 2B shows a mode in which the steel plate W has a convex shape W1 by preliminary deformation.
  • the hole Wa can be omitted if a necessary degree of preliminary deformation is given.
  • an appropriate method such as bending, indenting, burring, embossing, or the like can be applied. Some of these methods are described in more detail later.
  • the step of giving preliminary deformation may be performed before heating or after heating. Alternatively, as will be described later, it is also possible to give local distortion without giving preliminary deformation.
  • Hot press molding is performed by, for example, the apparatus schematically shown in FIGS.
  • Such an apparatus includes an appropriate heating furnace 30 and a pressing apparatus 50, preferably a conveying apparatus 40 for conveying a steel plate from the heating furnace 30 to the pressing apparatus 50, and an unloading apparatus for unloading the product after pressing. 40T.
  • a robot arm can be applied to the transfer device 40 and the carry-out device 40T, but is not limited thereto.
  • the press device 50 includes a mold 10, and the mold 10 typically includes an upper mold 11 and a lower mold 12.
  • the lower mold 12 is normally immovable with respect to the floor, and the upper mold 11 is raised and lowered by hydraulic pressure or other means.
  • Each of the upper mold 11 and the lower mold 12 includes a plurality of conduits 13, and a medium for cooling conducts the conduits 13. Usually the medium is water.
  • the lower mold 12 includes a plurality of vertical holes 12A, and the vertical holes 12A accommodate lift pins 15 supported by springs 14 so as to be movable up and down.
  • the tip of the lift pin 15 protrudes upward from the lower mold 12, and when the load is received, the lift pin 15 dies in the vertical hole 12A.
  • the tip of the lift pin 15 has a spherical shape or a rounded conical shape.
  • the steel sheet W is heated to an Ac 3 point or higher in the heating furnace 30 so as to have an austenite structure.
  • the Ac 3 point is a temperature at which the transformation from the ferrite structure to the austenite structure is completed when the temperature is raised, and depends exclusively on the composition of the steel sheet W.
  • the Ac 3 point is known, and the heating temperature may be determined according to the known value, but a constant temperature may be determined for convenience. That is, for example, the heating temperature may be set to 900 to 950 ° C.
  • the steel plate W heated as described above is introduced into the press device 50 and placed on the lower mold 12. Since the steel plate W is supported by point contact with the lift pins 15, the steel plate W is not subjected to rapid cooling by the mold, and is naturally cooled by air and gradually decreases its temperature. Although it is necessary to grasp the temperature change of the steel plate W, the temperature of the steel plate W can be measured by a known measuring means such as a radiation thermometer or a thermocouple. FIG. 18 is an example of measurement results. Such a measurement may be performed according to the thickness and shape of the steel sheet, and a temperature profile database may be constructed. Instead of measuring the temperature for each hot press forming, the temperature change may be estimated from such a database.
  • First press is performed on the steel sheet W in order to give local distortion at an appropriate temperature at which the austenite phase is maintained, for example, at any temperature of 600 ° C. to 800 ° C.
  • the upper mold 11 is at a height M that does not contact the steel plate W.
  • the upper die 11 is reduced (height O) and immediately raised.
  • the convex shape W1 is crushed as shown in FIG. 2C, and a flat steel plate W 'is obtained.
  • the reduction force is, for example, a surface pressure of 2.5 MPa.
  • the upper die 11 rises, and the steel plate W ′ and the lower die 12 are separated by the urging force of the spring 14, so that the state immediately returns to the slow cooling state.
  • the steel plate W ' is held in this state for an appropriate time P.
  • the holding time P is preferably an appropriate time as long as it exceeds 0 seconds and the austenite phase is maintained at other sites.
  • the holding time P is more preferably 1 to 5 seconds, and further preferably 1 to 3 seconds.
  • the steel sheet is finally pressed by lowering the upper die 11 to the bottom dead center N again at an appropriate temperature at which the austenite phase is maintained, for example, 600 ° C. to 800 ° C.
  • the reduction force is, for example, a surface pressure of 15 MPa.
  • the upper die 11 is kept down for a certain time Q. During this time, quenching of the steel sheet W 'proceeds by maintaining close contact with the cold mold.
  • the austenite phase is transformed into a martensite phase, and thus the hardness and strength are increased.
  • the ferrite transformation induced by the strain has occurred, so the proportion of the austenite phase is small. Accordingly, since there is little room for martensitic transformation, the increase in hardness and strength is slight at this portion. That is, the hardness is locally adjusted at a specific portion.
  • FIG. 9 schematically shows an aspect in which the hardness is locally adjusted.
  • a region C having a low ratio of the martensite phase is concentrically formed locally around the hole Wa.
  • the Vickers hardness HV is, for example, 370 or less, and is suitable for shearing such as drilling or trimming.
  • the hardness and strength are sufficiently high, and the boundary part B between them is sufficiently narrow.
  • FIG. 9 shows an example of drilling with the tool 16.
  • appropriate processing such as bending, pushing and embossing can be performed. Since the hardness of the target portion is adjusted and sufficiently soft, such processing is easy and the consumption of the tool for that purpose is remarkably small. Residual stress after processing can often cause delayed fracture in a hardened part, but the target part is sufficiently low in hardness, so that it is difficult to cause delayed fracture. Since the portion where the hardness is locally adjusted is limited to a sufficiently narrow region, the entire press-formed product has sufficient hardness and strength.
  • the plate thickness is 1.8 mm, and its components are C: 0.22% by mass, Si: 0.26% by mass, Mn: 1.22% by mass, P: 0.021% by mass, S: 0.02%.
  • a steel plate having a mass%, Cr: 0.20 mass%, and the balance being substantially iron was used as a specimen. Each specimen was drilled with a hole of 5 mm ⁇ , and a preliminary deformation was applied by a punch around the hole. Each of these specimens was heated to 900 ° C., introduced into a press machine, and subjected to an initial press to give local distortion. The rolling force was 5 ton (surface pressure 2.5 MPa).
  • the starting temperature of the first press is five levels of 600 ° C., 650 ° C., 700 ° C., 750 ° C., and 800 ° C., and the holding time is 0 second (immediately performs the final press described later), 1 second There were 4 levels of 3 seconds and 5 seconds.
  • molding and quenching were performed by a final press at a rolling force of 30 ton (surface pressure of 15 MPa). Thereafter, the vicinity of the hole was cut, and the Vickers hardness was measured every 0.25 mm from the edge of the hole along the line L in FIG. 3B in the cross section. The results are shown in FIGS.
  • FIG. 6 shows the relationship between the starting temperature of the first press and the Vickers hardness HV after quenching when the holding time is 3 seconds.
  • the horizontal axis is the distance from the edge of the hole.
  • HV is 470 or more in a part sufficiently separated from the edge of the hole, and sufficient curing is obtained.
  • the HV is reduced in the region of about 1 mm to 3 mm from the edge of the hole, and the HV is reduced to 370 or less particularly in the region of 1.25 mm to 1.75 mm.
  • the hardness of this region is locally adjusted, which is suitable for shearing such as drilling or trimming. From this result, the starting temperature of the first press is preferably 600 ° C. to 800 ° C.
  • FIG. 7 shows the relationship between the holding time and the Vickers hardness HV after quenching when the starting temperature of the first press is 600 ° C.
  • FIG. 8 shows similar results when the starting temperature of the first press is 750 ° C.
  • the holding time is 0 second (immediately performing the final pressing)
  • no decrease in HV is recognized.
  • the holding time is 1 second or longer
  • the HV is remarkably reduced in the region of about 1 mm to 3 mm from the edge of the hole.
  • the holding time is 5 seconds, HV also decreases in parts other than this region. From this result, the holding time is preferably 1 to 3 seconds.
  • the hardness can be locally adjusted at a specific portion of a molded product obtained by hot press molding.
  • the step of applying the preliminary deformation can be performed by burring as shown in FIG. 10A.
  • embossing may be performed as shown in FIG. 11A, FIG. 12A, or FIG. 13A.
  • the convex shape is not limited to the illustrated shape.
  • halftone dots are attached to regions where a ferrite phase induced by strain is generated and the hardness after quenching is HV370 or less.
  • a protrusion for pressing can be provided on one or both of the upper mold and the lower mold, and the pressing process can be performed hot.
  • the upper mold 11 includes a protrusion 11a having a trapezoidal cross section
  • the lower mold 12 includes a protrusion 12a having a trapezoidal cross section.
  • the protrusions 11b and 12b are arc-shaped in cross section.
  • the upper mold 11 includes the protrusion 11b.
  • the region where the protrusions 11a, 12a, 11b, and 12b are pushed is subjected to local distortion.
  • the steel plate W ′ is held in a state of being pulled away from the mold, thereby inducing strain in the parts W6, W7, W8, and W9 as shown in FIGS. 14B, 15B, 16B, and 17B. Ferrite is produced.
  • FIG. 14B, FIG. 15B, FIG. 16B, and FIG. 17B halftone dots are given to regions where a ferrite phase induced by strain is generated and the hardness after quenching is HV370 or less. In other words, the hardness and strength of such portions do not increase so much even after the final pressing. That is, it becomes a part where the hardness is locally adjusted.
  • FIG. 20 is an example of a mold 10 'used to form a column W "having ridges (the cross section of which is similar to that of a top hat).
  • the steel plate W appropriately heated by the heating furnace 30 is placed on the lower mold 12 '.
  • the upper die 11 ′ is lowered and immediately raised, whereby the convex die W ⁇ b> 1 is crushed and a local distortion is applied to the steel plate W.
  • the upper die 11 ′ is reduced again, and the steel plate W ′ is continuously brought into close contact with the cooled die, followed by quenching.
  • a column W ′′ having ridges is obtained.
  • the martensite phase is relatively small, and thus the hardness is locally adjusted.
  • the steel sheet W is also deformed as a whole, but to a lesser extent, and therefore the hardness is not adjusted as a whole.
  • a separate mold may be applied to the first press and the final press.
  • Figures 21 to 23 are examples of devices for such variations.
  • Such an apparatus includes a heating furnace 30, a first press device 50P for the first press, and a second press device 50F for the final press.
  • a conveying device 40 for conveying the steel plate from the heating furnace 30 to the first pressing device 50P
  • a conveying device 40M for conveying the steel plate from the first pressing device 50P to the second pressing device 50F
  • It further includes an unloading device 40T for unloading subsequent products.
  • a robot arm can be applied to the transfer devices 40 and 40M and the carry-out device 40T, but is not limited thereto.
  • the first press device 50P includes a die 10P as shown in FIG.
  • the upper mold 11P and the lower mold 12P have the same shape as the mold 10 described above, but the cooling conduit 13 can be omitted.
  • the second press device 50F includes a die 10F as shown in FIG.
  • the upper mold 11F and the lower mold 12F have an appropriate shape for molding, similar to the mold 10 'described above, but the lift pins 15 can be omitted.
  • the steel plate W appropriately heated by the heating furnace 30 is introduced into the first press device 50P and receives the first press.
  • the convex die W1 is crushed and the steel plate W is locally strained.
  • the flattened steel plate W ′ is conveyed to the second press apparatus 50F during the holding time P and placed on the lower mold 12F.
  • the upper die 11F is rolled down, and the steel plate W ′ is continuously brought into close contact with the cooled die, followed by quenching.
  • a column W ′′ having a ridge is obtained.
  • the martensite phase is relatively small, and thus the hardness is locally adjusted.
  • distortion is limited to a specific part, and in such a part, the hardness is locally adjusted even after the final press, but in other parts, Since no distortion is applied, the hardness is higher.
  • a hot press forming method which makes it possible to adjust the hardness locally.

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Abstract

　焼入れ可能な鋼板が型によりプレス成形される。かかる方法は、前記鋼板のAc3点以上に前記鋼板を加熱し、限定された部位に局部的な歪みを与えるべく、前記加熱された鋼板に最初のプレスを行い、前記最初のプレスの直後より、前記型から前記鋼板を引き離した状態を保持し、前記状態に保持された前記鋼板に再びプレスを行って前記鋼板を前記型へ密着させた状態を維持する、ことよりなる。

Description

硬度の調整を可能にする熱間プレス成形の方法
　本発明は、急冷によりプレス成形品の硬度増大をはかりながら、局部的に硬度を調整することを可能にする熱間プレス成形の方法に関する。
　高強度化や軽量化の目的で、しばしば高張力鋼板が利用される。高張力鋼板を冷間プレスすると、その高強度ゆえにスプリングバックが大きく、形状凍結性の点で問題が生じる。かかる問題を克服するために、冷間プレスを利用する代わりに、プレスを熱間加工として実施し、型への密着の際の急冷を利用して鋼板を硬化し、以ってプレス成形品の高強度化をはかることがある。これはダイクエンチ、あるいはプレスハードニングやホットスタンプなどと呼ばれている。
　ダイクエンチによれば、鋼板をオーステナイト組織にするべく、Ac3点以上の適宜の温度、例えば１０００℃程度に鋼板が加熱される。次いで鋼板は炉より取り出されて空冷を受けながら、オーステナイト相が維持される適宜の温度、例えば８００℃程度の時にプレスが行われる。この際、ダイ（型）への密着による急冷を受けてマルテンサイト変態が起こるので、プレス成形品は硬化され、強化される。一例として、その引張強さは１４７０ＭＰａ程度であり、ビッカース硬度ＨＶは４４０程度である。即ちかかる方法により成形された鋼板は、十分な強度を有する。プレスが熱間で行われるために鋼板は十分に柔軟であって、スプリングバックの問題は著しく軽減され、高精度の形状が得られる。
　ダイクエンチによる成形品にさらに加工を行おうとすると、別の問題が生じる。例えば日本国特許公開公報第２００３－３２８０３１号は、成形品の表面の硬度が上昇しているために、剪断抵抗の増加により穴加工やトリム加工が困難であることを報告している。
　急冷されて硬化した熱間プレス成形品にさらに加工を行う必要がある場合、あるいはその他の特別な必要に応じて、急冷された成形品の特定の部位において、硬度が局部的に調整されていることは望ましい。本発明は、かかる観点に基づきなされたものであって、局部的に硬度を調整することを可能にする、熱間プレス成形の方法を提供することを目的とする。
　本発明の一局面によれば、焼入れ可能な鋼板が型によりプレス成形される。かかる方法は、前記鋼板のAc3点以上に前記鋼板を加熱し、限定された部位に局部的な歪みを与えるべく、前記加熱された鋼板に最初のプレスを行い、前記最初のプレスの直後より、前記型から前記鋼板を引き離した状態を保持し、前記状態に保持された前記鋼板に再びプレスを行って前記鋼板を前記型へ密着させた状態を維持する、ことよりなる。
図１は、本発明の一実施形態による熱間プレス成形の方法において、最初のプレスの前に予備的な変形を与える工程の一例を説明する立面図である。 図２Ａは、予備的な変形を与えられる前の鋼板の斜視図である。 図２Ｂは、予備的な変形を与えられた後の鋼板の斜視図である。 図２Ｃは、前記熱間プレス成形の方法において、最初のプレスを施された後の鋼板の斜視図である。 図３Ａは、パンチにより予備的な変形を与えられた例による鋼板とプレスのための型との立面断面図である。 図３Ｂは、前記最初のプレスを施された後の鋼板において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図４は、前記熱間プレス成形の方法に利用される型および鋼板の模式的な立面断面図である。 図５は、前記熱間プレス成形において上型の動作を模式的に示す図である。 図６は、焼入れ後の硬さ分布を示すグラフであって、前記最初のプレスの温度と硬さ分布との関係を説明している。 図７は、焼入れ後の硬さ分布を示すグラフであって、６００℃において前記最初のプレスを行った後の保持時間と硬さ分布との関係を説明している。 図８は、焼入れ後の硬さ分布を示すグラフであって、７５０℃において前記最初のプレスを行った後の保持時間と硬さ分布との関係を説明している。 図９は、局部的に硬度を調整した鋼板において剪断加工を行う態様を表す模式図である。 図１０Ａは、バーリングにより予備的な変形を与えられた例による鋼板と型との立面断面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに示す鋼板に前記最初のプレスを施した後において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図１１Ａは、エンボシングにより予備的な変形を与えられた例による鋼板と型との立面断面図である。 図１１Ｂは、図１１Ａに示す鋼板に前記最初のプレスを施した後において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図１２Ａは、エンボシングにより予備的な変形を与えられた他の例による鋼板と型との立面断面図である。 図１２Ｂは、図１２Ａに示す鋼板に前記最初のプレスを施した後において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図１３Ａは、他の例による予備的な変形を与えられた鋼板と型との立面断面図である。 図１３Ｂは、図１３Ａに示す鋼板に前記最初のプレスを施した後において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図１４Ａは、押し込みにより局部的な歪みが与えられる例による鋼板と型との立面断面図である。 図１４Ｂは、図１４Ａに示す鋼板に前記最初のプレスを施した後において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図１５Ａは、他の例による鋼板と型との立面断面図である。 図１５Ｂは、図１５Ａに示す鋼板に前記最初のプレスを施した後において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図１６Ａは、さらに他の例による鋼板と型との立面断面図である。 図１６Ｂは、図１６Ａに示す鋼板に前記最初のプレスを施した後において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図１７Ａは、さらにまた他の例による鋼板と型との立面断面図である。 図１７Ｂは、図１７Ａに示す鋼板に前記最初のプレスを施した後において、局部的な歪みが与えられた部位付近の拡大断面図である。 図１８は、鋼板の温度プロファイルの例である。 図１９は、熱間プレス成形の設備の概観を現す模式図である。 図２０は、変形例による型および鋼板の模式的な立面断面図である。 図２１は、変形例による熱間プレス成形の設備の概観を現す模式図である。 図２２は、第２の変形例による熱間プレス成形の方法において、最初のプレスに供される型および鋼板の模式的な立面断面図である。 図２３は、第２の変形例による熱間プレス成形の方法において、最終的なプレスに供される型および鋼板の模式的な立面断面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
　本実施形態においては、焼入れ可能な鋼板が熱間プレス成形される。熱間プレス成形の方法は、概略的には、鋼板のAc3点以上に鋼板を加熱し、限定された部位に局部的な歪みを与えるべく、加熱された鋼板に最初のプレスを行い、最初のプレスの直後より、型から鋼板を引き離した状態を保持し、この状態に保持された鋼板に再びプレスを行って型への密着を一定時間維持する、ことよりなる。局部的な歪みを与えられる部位は限定されており、他の部位に比べて低い硬度となる（すなわち、硬度が局部的に調整される）ので、該当部位は穴加工やトリム加工のごとき剪断加工を行うのに好適である。各工程について、より詳細に以下に説明する。
　図１乃至図４を参照するに、鋼板Ｗにおいて特定の部位に、好ましくは予備的な変形が与えられる。詳しくは後述するが、かかる予備的な変形が与えられた部位は、後述の最初のプレスにより潰され、以って局部的な歪みが鋼板Wに与えられることとなる。かかる方法によれば、鋼板Wに局部的な歪みを与える工程を含みながら、最終的には平滑な面が得られる点で、有利である。
　好ましくは該当部位に、予め図２Ａのごとく孔Ｗａを設けておく。鋼板Ｗは、図１のごとく型１およびブランクホルダ２によって把持される。丸棒状であって尖った先端３ａを有するパンチ３が孔Ｗａを押して変形させることにより、鋼板Ｗの孔Ｗａの周囲に予備的な変形が与えられる。図２Ｂは、予備的な変形により鋼板Ｗが凸形Ｗ１を有した態様を示している。
　予備的な変形は大きいほうが、後述の最初のプレスにより、より大きな局部的な歪みを与えることができ、結果としてより大きな効果が得られる。上述のごとく孔Ｗａを設け、孔Ｗａの周囲を変形させるほうが、より大きな予備的な変形が与えられる点で有利である。
　あるいは、必要な程度の予備的な変形が与えられるのであれば、孔Ｗａは省略できる。またパンチ３を押圧するのに代えて、曲げ（ｂｅｎｄｉｎｇ）、押し込み（ｉｎｄｅｎｔｉｎｇ）、バーリング（ｂｕｒｒｉｎｇ）、エンボシング（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）等の適宜の方法が適用できる。これらの方法の幾つかは、後により詳しく説明する。
　予備的な変形を与える工程は、加熱の以前に行ってもよいし、加熱の後に行ってもよい。あるいは、後述のごとく、予備的な変形を与えること無しに、局部的な歪みを与えることも可能である。
　熱間プレス成形は、例えば図４，図１９に模式的に示した装置により行われる。かかる装置は、適宜の加熱炉３０と、プレス装置５０とを備え、好ましくは鋼板を加熱炉３０からプレス装置５０へ搬送するための搬送装置４０と、プレス後の製品を搬出するための搬出装置４０Ｔとをさらに備える。搬送装置４０および搬出装置４０Ｔには、ロボットアームが適用できるが、これに限られない。
　プレス装置５０は、型１０を備え、型１０は、通常、上型１１と下型１２とを備える。下型１２は、通常、床に対して不動であり、上型１１は油圧あるいは他の手段により昇降する。上型１１と下型１２とは、それぞれ複数の導管１３を備えており、冷却のための媒体が導管１３を導通する。通常、媒体は水である。下型１２は複数の鉛直孔１２Ａを備え、鉛直孔１２Ａはスプリング１４に支持されたリフトピン１５を昇降可能に収容している。リフトピン１５は、荷重を受けていないときには、その先端を下型１２から上方に突出させており、荷重を受けると鉛直孔１２Ａ内に没する。好ましくはリフトピン１５の先端は球形状または丸められた円錐形状を有する。
　鋼板Ｗは、オーステナイト組織とするべく、加熱炉３０においてAc3点以上に加熱される。Ac3点は昇温時にフェライト組織からオーステナイト組織への変態が終了する温度であって、もっぱら鋼板Ｗの組成に依存する。通常Ac3点は既知であって、既知の値に応じて加熱温度を定めればよいが、便宜的に一定の温度を定めてもよい。すなわち、例えば加熱温度を９００～９５０℃と定めてもよい。
　上述のごとく加熱された鋼板Ｗは、プレス装置５０に導入され、下型１２上に置かれる。鋼板Ｗはリフトピン１５との点接触により支持されるので、型による急冷は受けず、自然に空冷されて徐々にその温度が低下する。鋼板Ｗの温度変化を把握する必要があるが、鋼板Ｗの温度は、例えば放射温度計あるいは熱電対のような公知の測定手段により測定できる。図１８は測定結果の例である。鋼板の厚さや形状に応じてこのような測定をしておき、温度プロファイルのデータベースを構築しておいてもよい。熱間プレス成形の度ごとに温度測定するのに代わって、かかるデータベースから温度変化を推定してもよい。
　鋼板Ｗに対し、オーステナイト相が維持される適宜の温度、例えば６００℃～８００℃の何れかの温度において、局部的な歪みを与えるべく、最初のプレスを行う。
　図５を参照するに、当初、上型１１は、鋼板Ｗと接しない高さＭにある。上型１１を圧下し（高さＯ）、すぐに上昇させる。すると、凸形Ｗ１が図２Ｃのごとく潰されて、平坦な鋼板Ｗ’が得られる。圧下力は、例えば面圧２．５ＭＰａである。このとき、冷えた型に密着することにより、ごく短時間だけ比較的に急速な冷却が起こるが、ここでマルテンサイト変態は生じない。その直後に上型１１が上昇し、スプリング１４の付勢力により鋼板Ｗ’と下型１２とは引き離されるので、すぐに徐冷の状態に復帰する。適宜の時間Ｐの間、鋼板Ｗ’はこの状態に保持される。
　予備的な変形が与えられていた部位は、前記最初のプレスにより潰されて、局部的な歪みが与えられる。引き続いて、鋼板Ｗ’が型から引き離された状態に保持されると、オーステナイト相が維持されるべき高温でありながら、歪みに誘起されてフェライト変態が起こる。このフェライト変態に必要な時間は、鋼板Ｗの組成や導入される歪みの程度にもよるが、一般的には数秒の程度である。それゆえ、歪みに誘起されたフェライト変態を十分に引き起こす観点から、保持時間Ｐは、０秒を越え、他の部位においてオーステナイト相が維持される限りにおいて適宜の時間が好ましい。保持時間Ｐは、より好ましくは１秒から５秒であり、さらに好ましくは１秒から３秒である。
　局部的な歪みが与えられていなかった部位においては、前記最初のプレスによっても特段の変態は生じない。フェライト変態は、局部的な歪みが与えられた部位に限定される。すなわち、かかる工程は、鋼板Ｗ’において局部的にフェライト相を生ぜしめている。図３Ｂにおいて、歪みに誘起されたフェライト相が生じ、焼入れ後の硬度がＨＶ３７０以下の領域には網点が付されている。
　鋼板をなおオーステナイト相が維持される適宜の温度、例えば６００℃～８００℃において、再び上型１１を下死点Ｎまで圧下することにより、最終的なプレスを行う。圧下力は、例えば面圧１５ＭＰａである。このプレスにおいては、一定時間Ｑの間、上型１１は圧下したままとする。この間、冷えた型との密着が維持されることによって鋼板Ｗ’の焼入れが進行する。
　このとき、局部的な歪みが与えられていなかった部位においては、オーステナイト相がマルテンサイト相に変態するので、硬度および強度の上昇が起こる。局部的な歪みが与えられていた部位においては、先に歪みに誘起されたフェライト変態が起こっているので、オーステナイト相の割合は小さい。従ってマルテンサイト変態を起こす余地が少ないため、この部位においては硬度および強度の上昇は僅かである。すなわち、特定の部位において硬度が局部的に調整される。
　図９は、硬度が局部的に調整された態様を、模式的に表したものである。孔Ｗａの周囲に局部的に、同心円状にマルテンサイト相の割合が低い部位Ｃが生じている。かかる部位ではビッカース硬度ＨＶは、例えば３７０以下であって、穴加工やトリム加工のごとき剪断加工に適する。部位Ｃから離れた部位Ａにおいては、硬度および強度は十分に高く、この間の境界的な部位Ｂは十分に狭い。
　後工程として、穴加工やトリム加工のごとき剪断加工が実施できる。図９では、工具１６により穴加工をする例が示されている。あるいは、曲げ、押し込み、エンボシングのごとき適宜の加工が実施できる。対象部位の硬度が調整されていて十分に柔らかいために、かかる加工は容易であり、またそのための工具の消耗は著しく少ない。加工後の残留応力は、硬化した部位においてしばしば遅れ破壊の原因になりうるが、対象部位は十分に硬度が低いために遅れ破壊を起こしにくい。硬度が局部的に調整された部位は、十分に狭い領域に限定されるので、プレス成形品全体としては十分な硬度および強度を有する。
　本願の効果を検証するため、以下の実験を行った。
　板厚１．８ｍｍであって、その成分がＣ：０．２２質量％、Ｓｉ：０．２６質量％、Ｍｎ：１．２２質量％、Ｐ：０．０２１質量％、Ｓ：０．０２％質量％、Ｃｒ：０．２０質量％、残部実質的に鉄、である鋼板を、供試体とした。供試体に、それぞれ５ｍｍφの孔を開け、かかる孔を中心にして、パンチにより予備的な変形を与えた。かかる供試体を、それぞれ９００℃に加熱し、プレス装置に導入し、局部的な歪みを与えるべく、最初のプレスを行った。圧下力は５ｔｏｎ（面圧２．５ＭＰａ）であった。前記最初のプレスの開始温度は、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃の５水準であり、保持時間は、０秒（即座に後述の最終的なプレスを行う）、１秒、３秒、５秒の４水準であった。次いで圧下力３０ｔｏｎ（面圧１５ＭＰａ）にて、最終的なプレスにより成形と焼入れを行った。その後、孔の付近を切断し、断面において図３Ｂの線Ｌに沿って、孔の縁から０．２５ｍｍおきにビッカース硬さを測定した。結果を図６～８に示す。
　図６は、保持時間を３秒としたときの、前記最初のプレスの開始温度と焼入れ後のビッカース硬さＨＶとの関係を表す。横軸は、孔の縁からの距離である。何れの例でも、孔の縁から十分に離れた部位においては、ＨＶは４７０以上であって、十分な硬化が得られている。一方、孔の縁から約１ｍｍ～３ｍｍの領域ではＨＶが低下しており、特に１．２５ｍｍ～１．７５ｍｍの領域ではＨＶは３７０以下に低下している。すなわちこの領域は局部的に硬度が調整されており、穴加工やトリム加工のごとき剪断加工に適する。かかる結果から、前記最初のプレスの開始温度は、好ましくは６００℃～８００℃である。
　図７は、前記最初のプレスの開始温度を６００℃としたときの、保持時間と焼入れ後のビッカース硬さＨＶとの関係を表す。図８は、前記最初のプレスの開始温度が７５０℃の場合の同様な結果である。何れの例でも、保持時間が０秒（即座に前記最終的なプレスを行う）では、ＨＶの低下は認められない。何れの例でも、保持時間が１秒以上のときには、孔の縁から約１ｍｍ～３ｍｍの領域ではＨＶが顕著に低下している。保持時間が５秒のときには、かかる領域以外の部位においてもＨＶが低下する。かかる結果から、保持時間は好ましくは１秒から３秒である。
　上述のごとく、本実施形態によれば、熱間プレス成形による成形品の特定の部位において、硬度を局部的に調整することができる。
　上述の実施形態は、種々の変形が可能である。例えば、予備的な変形を与える工程は、図１０Ａのごとくバーリングによることができる。あるいは図１１Ａ、図１２Ａまたは図１３Ａのごとくエンボシングによってもよい。バーリングまたはエンボシングによる凸形Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５を、前記最初のプレスにより潰すことにより、図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂ、図１３Ｂのごとく十分な歪みが生ずる。凸形の形状は、図示のものに限られない。図１０B、図１１B、図１２B、図１３Bにおいて、歪みに誘起されたフェライト相が生じ焼入れ後の硬度がHV３７０以下の領域には、網点が付されている。
　さらにあるいは、予備的な変形を与えること無しに、前記最初のプレスの工程において鋼板に局部的な歪みを与えてもよい。例えば、上型および下型の一方あるいは両方に、押し込みのための突起を設けておき、熱間で押し込み加工することができる。図１４Ａの例では、上型１１は断面台形の突起１１ａを備え、下型１２は断面台形の突起１２ａを備えている。図１５Ａの例では、上型１１のみ突起１１ａを備える。図１６Ａの例では、突起１１ｂ、１２ｂは断面弧形である。図１７Ａの例では、上型１１のみ突起１１ｂを備える。これらは例に過ぎず、例えば突起の形状は、図示のものに限られない。
　突起１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂが押し込まれた部位は、局部的な歪みが与えられる。熱間で押し込み加工した後、鋼板Ｗ’を型から引き離した状態に保持することで、図１４Ｂ、図１５Ｂ、図１６Ｂ、図１７Ｂに示すごとく、部位Ｗ６，Ｗ７，Ｗ８，Ｗ９に歪みに誘起されたフェライトが生ずる。図１４B、図１５B、図１６B、図１７Bにおいて、歪みに誘起されたフェライト相が生じ焼入れ後の硬度がHV３７０以下の領域には、網点が付されている。つまり、かかる部位は、前記最終的なプレスの後においても、硬度および強度はあまり上昇しない。すなわち、硬度が局部的に調整された部位となる。
　上述の説明においては、平坦な型１０を利用したので平坦な製品が製造される例が説明されたが、もちろん種々の形状を熱間プレス成形することができる。図２０は、鍔を有するコラムＷ’’（その断面はシルクハットの断面と類似している）を成形するのに利用される型１０’の例である。
　加熱炉３０により適宜に加熱された鋼板Ｗは、下型１２’上に置かれる。最初のプレスにおいて、上型１１’を圧下してすぐに上昇させることにより、凸型Ｗ１が潰されて、鋼板Ｗに局部的な歪みが与えられる。一定の保持時間Ｐの後に、最終的なプレスにおいて、再び上型１１’を圧下し、鋼板Ｗ’を冷えた型に持続的に密着させ、焼き入れを行う。型１０’から製品を取り出すことにより、鍔を有するコラムＷ’’が得られる。
　上述と同様に、局部的に歪みが与えられていた部位においては、マルテンサイト相が相対的に少なく、従って硬度が局部的に調整される。前記最初のプレスにおいて鋼板Ｗは全体的にも変形を受けるが、その程度はより低く、従って全体的には硬度は調整されない。
　前記最初のプレスと、前記最終的なプレスとは、別個の型を適用してもよい。図２１乃至２３は、そのような変形例のための装置の例である。かかる装置は、加熱炉３０と、前記最初のプレスのための第１のプレス装置５０Ｐと、前記最終的なプレスのための第２のプレス装置５０Ｆとを備える。好ましくは鋼板を加熱炉３０から第１のプレス装置５０Ｐへ搬送するための搬送装置４０と、第１のプレス装置５０Ｐから第２のプレス装置５０Ｆへ鋼板を搬送するための搬送装置４０Ｍと、プレス後の製品を搬出するための搬出装置４０Ｔとをさらに備える。搬送装置４０，４０Ｍおよび搬出装置４０Ｔには、ロボットアームが適用できるが、これに限られない。
　第１のプレス装置５０Ｐは、図２２のごとき型１０Ｐを備える。上型１１Ｐと下型１２Ｐとは、前述の型１０と同様な形状を有するが、冷却のための導管１３は省略できる。第２のプレス装置５０Ｆは、図２３のごとき型１０Ｆを備える。上型１１Ｆと下型１２Ｆとは、前述の型１０’と同様に成形のための適宜の形状を有するが、リフトピン１５は省略できる。
　加熱炉３０により適宜に加熱された鋼板Ｗは、第１のプレス装置５０Ｐに導入され、前記最初のプレスを受ける。上型１１Ｐを圧下してすぐに上昇させることにより、凸型Ｗ１が潰されて、鋼板Ｗに局部的な歪みが与えられる。
　平坦にされた鋼板Ｗ’は、保持時間Ｐの間に、第２のプレス装置５０Ｆに搬送され、下型１２Ｆ上に置かれる。上型１１Ｆを圧下し、鋼板Ｗ’を冷えた型に持続的に密着させ、焼き入れを行う。型１０Ｆから製品を取り出すことにより、鍔を有するコラムＷ’’が得られる。
　上述と同様に、局部的に歪みが与えられていた部位においては、マルテンサイト相が相対的に少なく、従って硬度が局部的に調整される。前記最初のプレスにおいて歪みが与えられるのは特定の部位に限定されており、かかる部位においては、前記最終的なプレスの後においても、硬度が局部的に調整されるが、他の部位においては歪みが与えられないので、硬度はより高い。
　好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。
　局部的に硬度を調整することを可能にする、熱間プレス成形の方法が提供される。

Claims (8)

  1. 　焼入れ可能な鋼板を、型によりプレス成形する方法であって、
    　前記鋼板のAc3点以上に前記鋼板を加熱し、
    　限定された部位に局部的な歪みを与えるべく、前記加熱された鋼板に最初のプレスを行い、
    　前記最初のプレスの直後より、前記型から前記鋼板を引き離した状態を保持し、
    　前記状態に保持された前記鋼板に再びプレスを行って前記鋼板を前記型へ密着させた状態を維持する、
    　方法。
  2. 　請求項１の方法であって、前記鋼板に予備的な変形を与えることをさらに含む。
  3. 　請求項２の方法であって、前記予備的な変形は、曲げ、押し込み、バーリング、エンボシングよりなる群より選択された何れかにより与えられる。
  4. 　請求項１の方法であって、前記最初のプレスは、６００乃至８００℃において行う。
  5. 　請求項１の方法であって、前記型から前記鋼板を引き離した状態を１秒以上の間保持する。
  6. 　請求項１の方法であって、再びプレスを行う段階は、６００乃至８００℃において行う。
  7. 　請求項１の方法であって、前記鋼板を前記型へ密着させた状態を、マルテンサイト変態を起こすのに十分な時間維持する。
  8. 　請求項１の方法であって、前記部位に剪断加工を行うことをさらに含む。
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