JP6422575B2 - 薄鋼板を中間冷却する方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄鋼板および薄鋼板部品を中間冷却する方法に関する。

薄鋼板から硬化鋼部品を製造することが知られている。硬化を目的として、鋼組織内でオーステナイトへの相変態を行うために、この薄鋼板は、オーステナイト化温度を上回る温度まで最初に加熱される。このオーステナイト組織は、焼入れ‐硬化によって、鋼部品の高硬度を保証するマルテンサイト組織に変えられる。

この方法は、自動車部品に特に使用される。薄鋼板部品が予め形成されて、予め形成された薄鋼板部品が、続いてオーステナイト化され、冷間形成ツールを適用することによって形成‐硬化型で焼入れ‐硬化される、または、平らなブランクが、オーステナイト化され、オーステナイト化の後に、プレス‐硬化型で形成され、同時に焼入れ‐硬化される。

成形硬化およびプレス硬化は、どちらも硬化薄鋼板部品を生成する。

近年、耐腐食コーティング（すなわち亜鉛系またはアルミニウム系コーティング）が既に施された薄鋼板さえも、そのような成形および硬化ステップを受けることが可能になっている。

これに関連して、プレス硬化法では、すなわち成形および焼入れ‐硬化が同時に行われるとき、数１００μｍ深さまでなることがあるクラックが部品の表面に見つかることが多いことが、分かっている。クラックは、いわゆる液体金属脆化に起因し、それは、コーティング（すなわち亜鉛またはアルミニウム）がオーステナイトと接触し、一方、オーステナイト組織が機械的圧力を受けることを、意味する。これは、クラックの原因であると考えられている。

この液体金属脆化を回避するために、出願人は、オーステナイトからマルテンサイトへの変態が、その時点の溶融温度を下回る温度でのみ生じるように、変態‐遅延して鋼材料を調整することを、認識している。変態‐遅延した鋼でも、オーステナイト化が最初に引き起こされなければならないので、これは、いわゆるＡＣ３点を上回る温度までの加熱を絶対的に必要とする。そのような鋼組織で成形が行われる前に、しかしながら、続いて焼入れ‐硬化および成形を行うために、この鋼材料が、被覆金属または被覆金属合金の溶融温度を下回る温度に冷却されるまで、待つことが可能である。これは、オーステナイト相が成形による機械的圧力を受ける時点で、液体金属が表面にもはや存在しないことを、有利に実現する。

出願人は、変態‐遅延した鋼材料から成り、金属系耐腐食コーティングで被覆された、ブランクが、冷却プレートによって被覆金属の流体温度を下回る所望の温度まで冷却されることができ、続いて冷却装置から取り出され、続いてプレス硬化されることも、認識している。

この種の方法は、原則的に価値のあることを示している。

亜鉛系耐腐食コーティングは、酸素親和性要素（亜鉛よりも急速に酸化する要素）を含むために、オーステナイト化の間に酸素親和性要素の酸化物から成る表皮を形成することも、認識されている。この酸化物皮膜は、ガラス状であり、亜鉛を酸化および気化から守る。成形硬化またはプレス硬化では、酸素親和性要素の酸化物から成るそのような表面のガラス状層は、部品が室温まで冷却された後に、様々な方法でクリーニングされる。

本発明の課題は、薄鋼板および特にオーステナイト化された薄鋼板部品を中間冷却する方法を創り上げることであり、それは、硬化部品の向上した表面品質および有利に制御可能な中間冷却をもたらす。

課題は、請求項１の特徴を有する方法で解決される。

本発明によると、冷却プレート間の全面接触での予冷却と、その際の付随する圧縮力で、中間冷却された薄板が非常に急速に冷却されることが、認識されている。この急速冷却のために、冷却プロセス全体にとって‐取出プロセスおよびハンドオフプロセスにとっても‐、利用できるプロセスウィンドウは、非常に狭い。

プロセスウィンドウを広げるために、発明者は、熱伝導率が良くないプレートを使用し、それらを使用して中間冷却を行った。やはり、熱伝導率が良くないプレートでも、ブランクの温度を非常に急速に消散すると確認せざるを得なかった。薄いブランクでは特に、熱は非常に急速に消散し、従ってプレスのクロックサイクルに関して確かなプロセス制御のタスクを複雑にする。

本発明によると、オーステナイト化温度まで加熱されたブランクは、加熱炉を出た後に、予冷却装置に移され、予冷却装置では、水平または吊り下げられた位置でドライアイスブラストされる。ドライアイスブラストは、中間冷却を非常にきめ細かに調節し、冷却プロセスが、非常に急速にならず、非常に激しくならず、または十分に激しくならないことがない。この適用は、ブランク全体にわたる均質化に関して特に有利である。好ましくはこの場合、ブラストは、広い両側からブランクを打ち、ブランクの全領域または部分領域が、可動ブラスト装置によってドライアイスでブラストされる。この出願で定義されるように、「ドライアイス」は、ＣＯ_２、ドライスノー（凍結水）、または同様の媒体であり得る。

一実施形態では、ブラストは、ブランクを横切って、異なる領域が異なる強度で中間冷却され、続く成形手順で、いわゆるテーラード特性部（ＴＰＰ）部品を製造することが可能になる。

これに関連して、所望の冷却速度または冷却強度に応じておよび／またはブランクの異なるゾーンの所望の温度差に応じて、ドライアイス粒子および／またはドライスノー粒子の量および／またはドライアイス粒子密度および／またはキャリアガス流の量は、ゾーンによって変えることができる。

本発明によると、非常に効果的で、有利に制御可能な予冷却を実現するだけでなく、成形プロセスの終わりに行われるドライアイスクリーニングよりも著しく良く表面を調整もする。場合によっては、これは、表面がこの場合、ガラス状最上酸化層を特に簡単に除去できるような強力な熱負荷にさらされるためであり、場合によっては、初めにまだ延性のある亜鉛層が、改良したクリーニングも可能にする。

ブランクの領域全体がブラストされるならば、本発明によると、ブランクをグリップし、場合によっては一端で、それを予冷却装置に導入し、それをそこでこのサーモショック効果を確実にするドライアイスまたは同様の媒体で両側で領域全体にわたってブラストし、ブラストおよび所望の中間冷却の完了の後に、それを成形装置に移すことが、可能である。

この文脈において、ブランクは、予冷却装置に導入されることができ、ブラストを、その領域全体にわたって行うことができる。しかしながら、予冷却装置でつり薄鋼板の高さ全体にわたってドライアイスブラスト源を提供すること、およびこの「ドライアイスカーテン」を通して薄鋼板ブランクを運ぶことも、可能である。

代替的に、固定つりブランクは、移動ドライアイスブラスト源によって、上から下にまたは一方から他方にブラストされることができる。

別の実施形態では、進行するローラー上にある、または傾いたガイドレール上でスライドする仕方で進む、ブランクは、ブラスト装置がブランクの上および／または下に配置された、予冷却装置を通って運ばれ、「ドライアイスカーテン」を通って運ばれる。

ブランクを中間冷却テーブルに置くこと、および、それを、圧力がブランクを浮上させるのに十分であり、ブラストがガスクッションで行われることを確かにするように、下からのドライアイスブラストが行われる仕方で、ドライアイスで上および下からブラストすることも、可能である。

この場合、ドライアイス粒子およびドライアイス粒子密度および従ってキャリアガス流の量は、所望の冷却速度に応じて、変えることができる。

本発明によるそのような配置によると、全体としての冷却は、冷却プレートに比べて遅れる。それにもかかわらず、十分に速い冷却速度が、対流によって保証される。

この手段によって実現できる予冷却は、極めて一貫した仕方で行うことができ、特によく調節および制御することができる。

本発明は、実例の図面に基づいて説明される。

非常に概略的な図でドライアイスブラストを用いる中間冷却装置の第１実施形態を示す。 別の実施形態で図１に従った装置を示す。 ドライアイスブラストのための装置の別の実施形態を示す。 中間冷却およびドライアイスブラストのための装置の別の実施形態を示す。 クリーニングされていない状態、磨かれた状態、および温暖ドライアイスブラストされた状態の、４つの異なる合金化溶融亜鉛めっき薄板および４つの異なる亜鉛めっき薄板の溶接抵抗を示す表である。 クリーニングされていない状態および温暖ドライアイスブラストされた状態の、４つの異なる合金化溶融亜鉛めっき薄板および４つの異なる亜鉛めっき薄板の溶接抵抗を示すグラフである。 ドライアイスでブラストされた領域を含む熱処理された薄鋼板の表面を示す写真である。

本発明によると、薄鋼板ブランクは、少なくとも部分的にオーステナイト組織に変えるために、オーステナイト化温度を上回る温度まで最初に加熱される。オーステナイト組織は、焼入れによって、主にマルテンサイトの、硬化組織に変えられることができる。その結果として、鋼組織の少なくとも一部は、この作用を実現するために、オーステナイトの形態でなければならない。

特にいわゆる変態‐遅延した鋼（すなわちオーステナイトからマルテンサイトへの変態が比較的低い温度で起こる鋼材料）を使用するとき、オーステナイト化の後に、鋼材料は、マルテンサイトへの変態温度を上回る温度に中間冷却されることができ、その後にのみ焼入れが行われる。

鋼材料のオーステナイト化では、酸素親和性要素を含む金属亜鉛から本質的に構成される、存在する鋼板上の耐腐食層は、より高い酸素親和性要素の酸化物から成る表皮を形成する。より高い酸素親和性要素（例えば、アルミニウム、マグネシウム、ホウ素、および同種のもの）は、亜鉛層に存在するとき、温度および酸素の影響下で、亜鉛層の表面に拡散し、好ましくはそこで酸化される。

この酸化物皮膜は、オーステナイト化の間に形成し、続いて室温でガラス状上層の形態で存在する。

本発明によると、予冷却は、薄鋼板ブランクの表面、および特に、耐腐食層が設けられた薄鋼板ブランクの表面が、ドライアイスまたはドライアイス粒子またはドライアイス粒子を含むガス流で、ブラストされるという点において、行われる。

ドライアイスでのブラストは、薄鋼板ブランクの冷却を引き起こし、非常に正確におよび局地的に異なっておよびそれでもなお特に一貫した仕方で、冷却を有利に制御する。

そのほかに、ドライアイスブラストは、オーステナイト化にだけ必要とされるより高い酸素親和性要素の酸化物の表面を、好ましく浄化する。これは、実際、室温で既に行われていて認識されているが、ドライアイスでの中間冷却と、表面の付随するクリーニングと、の間に、相乗効果があるようである。より高い温度での酸化物のクリーニングは、より効果的であることが、分かっているからである。

これは、熱間成形の後に、製品は、硬化され、さらなる表面調整を必要としないことも、意味する。特に、これは、一作業ステップおよび従ってコストを節減する。

例えば、本発明による方法を行う装置１（図１〜４）は、チャンバ２（図１および２）を有し、その中に鋼板ブランク３が導入または搬送されることができる。特に、ブランク３は、吊り下げられる仕方で運ばれ、チャンバ２に搬入およびチャンバ２から搬出するための装置５に設けられたグリッパーまたはサスペンションマウント４によって、ブランク３が吊り下げられる仕方で配置されている。チャンバでは、ドライアイス粒子ブラスト装置６が提供され、それは、ブランク３に沿って矢印方向７でサスペンションマウント４の領域から動くことができ、従ってブランク３の表面を頂部から底部まで連続的におよび徐々にブラストすることができる。

ブラスト装置６はこの場合、レール（図示せず）または他の移動装置（図示せず）に配置されることができ、ブランク３に沿っておよび／またはブランクに向かってまたはブランクから遠ざかって動くことができるようになっている。特に、ブラスト装置がロボットアームに配置されることが、考えられる。

別の有利な実施形態（図２、同じ部品には同じ符号が付されている）では、全域ブラスト装置８が、チャンバ２でブランクの両側に配置され、それは、ドライアイスまたはドライアイス粒子を用いてブラストする仕方でブランクの領域全体に作用する。この目的で、ブラスト装置８は、ドライアイス、ドライアイス粒子、またはドライアイス粒子を含むガス流が、出てくることができる、対応する開口を有する。

この場合、しかしながら、ブラスト装置８は、細片８として具体化され、細片８は、つるされたブランクの高さにわたって延び、ドライアイス粒子カーテンを作り、それを通って、移動装置５を用いてブランクが運ばれる。ブランク３が振動するのを防ぐために、ガイドレール９が、サスペンション装置４と反対の長手方向端部で、チャンバの底部で、設けられることができる。

本発明の別の実施形態（図３）では、装置１は、テーブル１０または平らなトラフ１０で具体化され、トラフ１０は、ブランク側の面１１を有し、ブランク側の面１１で、ノズルまたは出口開口１２が、ドライアイス、ドライアイス粒子、またはドライアイス粒子を含むガス流用に設けられている。ブランク３は、このテーブル１０にまたはこのトラフ１０に置くことができ、ブランク３が、上面１１とブランク下側１３との間のガスクッションによって、粒子またはガス流でホバリング状態に保たれている。ブランクは、特に例えばロボットなどの従来型マニピュレーターによって、テーブル１０にまたは平らなトラフ１０に置かれる。ブランク３の一様な冷却およびブラストを実現するために、全域ブラスト装置１５でブランクの上面１４に作用することが可能であり、全域ブラスト装置１５は、テーブルまたはトラフ１０に関連して対応して具体化され、ブランク３を向く側に、ドライアイス、ドライアイス粒子、またはドライアイス粒子を含むガス流を放出するノズルまたは開口が、備わっている。この装置１５は、ブランクの挿入および取り出しを可能にするために、上昇および降下するように具体化されることができる。

全域ブラスト装置１５として具体化される代わりに、装置１５は、梁の形態で具体化されることもでき、その梁は、ブランクを横切って運ばれ、一方、ブランクは、下のガスクッションによってホバリング状態に保たれる。

別の有利な実施形態（図４）では、装置１は、再度チャンバ２で具体化され、チャンバ２は、チャンバ入口１６およびチャンバ出口１７を含む貫通形チャンバとして具体化されている。

チャンバ２の内部で、ブランク３は、例えばセラミックローラー１８上で、進行方向（矢印１９）に動き、ブランクが、各ブラスト装置２０によって上側１４からも下側１３からも作用され、各ブラスト装置２０は、ドライアイスジェット、ドライアイス粒子ジェット、またはドライアイス粒子を含むガス流を、ブランクの表面に導く。

ブラスト装置２０は、この場合、ブランク表面のある領域でブランクが装置１を通る際に、ローラー１８の間の領域全体に作用できる（図４に示されるように）。ブランク３は、チャンバ２を通って、中間冷却されてクリーニングされた形態で出口１７を通ってチャンバ２を出て、成形および焼入れツールに移されることができる。

図５による表および図６によるグラフは、それぞれ３つの試験での４つの異なる合金化溶融亜鉛めっき薄板および４つの異なる亜鉛めっき薄板の溶接抵抗を示し、温かい状態でドライアイスブラストされた薄板、磨かれた薄板、およびクリーニングされていない状態の薄板を、比べている。

温かい状態でのドライアイスブラストのために、溶接抵抗が、クリーニングされていない薄板よりも著しく低いことが、一貫して明らかである。

合金化溶融亜鉛めっき薄板の溶接抵抗は、亜鉛めっき薄板よりも根本的に低い。亜鉛層の鉄分は、溶接性を根本的に向上させるからである。

温かい状態でのドライアイスブラストによって達成される特に効果的な浄化作用は、図７でも明らかである。そこにブランクが示され、それは、ある領域の一部でだけドライアイスでブラストされた。表面の酸化物に起因する、ブランクの他の緑がかった外観と対照的に、灰色に見える、領域、すなわちブラストされた領域は、金属亜鉛が見えるように酸化物が亜鉛層から浄化されたことによって引き起こされた。

本発明によると、薄鋼板ブランクの、特に耐腐食コーティングを含む薄鋼板ブランクの、中間冷却が、より簡単に、より効果的に、および好ましく制御可能な仕方で行われ、同時に表面の酸化物の浄化ステップが起こる。本発明による方法は、それにもかかわらず、コーティングされていないブランクでも首尾よく用いられることができる。この場合、場合によっては、そこにあるスケールが、成形ツールのまだ前に除去され、それは、成形ツールで、ちょうどコーティングされた薄板のように、固い酸化物によるツール摩耗が妨げられるまたは少なくとも低減される、プラスの効果につながる。

コーティングされていない薄鋼板では、この場合ドライアイスブラストは、非常に良好な中間冷却を可能にするだけでなく、オーステナイト化加熱炉から去ってから成形までの温度範囲で、さらに自動的に保護ガス雰囲気を製出もする。

既に保護ガス下で加熱されるならば、保護ガス雰囲気は、成形まで保持される。

１ 装置
２ チャンバ
３ ブランク
４ サスペンションマウント
５ 移動装置
６ ドライアイス粒子ブラスト装置
７ 矢印方向
８ 細片／ブラスト装置
９ ガイドレール
１０ テーブル／トラフ
１１ ブランク側の面
１２ 出口開口
１３ ブランク下側
１４ ブランク上側
１５ ブラスト装置
１６ チャンバ入口
１７ チャンバ出口
１８ ローラー
１９ 矢印
２０ ブラスト装置

Claims (6)

1. 硬化薄鋼板を製造する方法であって、
   薄鋼板が、まずオーステナイト化温度に加熱され、オーステナイト変態が成し遂げられ、続いて薄鋼板が、他の相へのオーステナイトの変態温度を上回る温度に予冷却され、続いてプレス‐硬化型に運ばれ、プレス‐硬化型で成形され、硬化のために焼入れされ、
   薄鋼板のブランクは、予冷却のために、ドライアイス、ドライスノー、またはドライアイス粒子を含むガス流で、少なくとも部分領域的にまたはゾーンでブラストされ、
   前記ブランクは、中間冷却テーブルに置かれ、圧力が前記ブランクを浮上させるのに十分であり、ブラストがガスクッションで行われることを確かにするように、下からのドライアイスブラストが行われる仕方で、ドライアイスで上および下からブラストされることを特徴とする、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記ブランクは、予冷却のために、および異なる機械的性質を有するゾーンを作り出すために、ドライアイス、ドライスノー、またはドライアイス粒子を含むガス流で、異なるゾーンでドライアイス、ドライスノー、またはドライアイス粒子を含むガス流の異なる強度、異なるゾーンでドライアイス、ドライスノー、またはドライアイス粒子を含むガス流の異なる流速、異なるゾーンでドライアイスおよび／またはドライスノーの異なるパーセンテージ、および／または異なるゾーンでドライアイス、ドライスノー、またはドライアイス粒子を含むガス流の異なる温度および／またはドライアイス、ドライスノー、またはドライアイス粒子を含むガス流の異なる冷却速度で、ブラストされることを特徴とする、方法。
3. 請求項１または２に記載の方法であって、
   所望の冷却速度に応じて、ドライアイス粒子および／またはドライスノー粒子および／またはドライアイス粒子密度および／またはキャリアガス流の量は、変えられることを特徴とする、方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記ブランクは、吊り下げられる仕方で予冷却装置に運ばれ、そこで全面的に両側で冷媒でブラストされ、ブラストが行われた後に成形装置に移されることを特徴とする、方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、
   前記ブランクは、予冷却装置に導入され、続いて全面的なブラストが行われることを特徴とする、方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、
   金属耐腐食層で覆われた薄鋼板が予冷却されることを特徴とする、方法。

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