金屬加工方法和采用該加工方法加工出的金屬加工品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供利用拼焊坯材作為坯料，能夠進一步有效地利用其特征，進行規(guī)定的熱處理的部分和不進行該熱處理的部分的分界線的設定容易，能夠簡化金屬加工所需的設備以及工序管理的金屬加工方法以及采用該加工方法加工出的金屬加工品。一種金屬加工方法，包括：接合工序，該工序?qū)⒒诩t外線加熱的升溫度相對高的金屬材料和基于紅外線加熱的升溫度相對低的金屬材料預先接合，形成被一體化了的金屬材料；和加熱工序，該工序?qū)⑺霰灰惑w化了的金屬材料同時且整體地進行紅外線加熱，在紅外線加熱中的所述被一體化了的金屬材料中，所述升溫度相對高的部分達到了與所述規(guī)定的熱處理對應的規(guī)定的溫度之后、所述升溫度相對低的部分達到該規(guī)定的溫度之前結束所述紅外線加熱。
【專利說明】金屬加工方法和采用該加工方法加工出的金屬加工品

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬加工方法和采用該加工方法加工出的金屬加工品，尤其是涉及使 用了焊接有多個異種金屬材料的拼焊坯材的金屬加工方法以及采用該加工方法加工出的 金屬加工品。

【背景技術】
[0002] 在專利文獻1中提出了下述方法：在紅外線加熱裝置中，在紅外線燈與被加熱材 料之間配置具有規(guī)定圖案的板材，在被加熱材料中形成規(guī)定的加熱強度分布。
[0003] 在專利文獻2中提出了下述方法：在被模壓淬火的鋼板中，一邊保全鋼板的要求 防銹性的部分，一邊將鋼板的要求強度的部分局部地淬火。
[0004] 在專利文獻3的權利要求1中記載如下：
[0005] "對被進行輻射傳熱加熱的金屬板的表面的一部分，進行涂裝、凹凸賦予、金屬覆 蓋、通過向酸性溶液中浸漬而進行的著色處理、蝕刻、以及采用氯化鎳六水合物水溶液進行 的浸漬之中的任一種處理，使該金屬板的表面的一部分的輻射線的反射率降低。"
[0006] 在專利文獻3的第0017段中，作為使反射率降低的表面處理方法，記載了黑色系 的涂裝、黑色系的鍍覆處理以及黑色系的噴鍍。
[0007]另外，在專利文獻3的第0033段中記載如下：
[0008] "根據(jù)本實施方式涉及的方法，與預先焊接異種的金屬板制作了拼焊金屬板之后 將其進行加工、使其部分地具有不同的強度的拼焊坯法相比，不需要預金屬板加工和焊接 加工，不需要使用多種的材料。因而，制造成本變得廉價。另外，在拼焊坯法中成為強度變化 部的焊接線的位置和條數(shù)存在制約，但在本實施方式中沒有那樣的制約，通過在自由的位 置進行掩蔽來進行反射率降低處理，能夠在自由的位置形成自由的形狀的不同強度部分。"
[0009] 在先技術文獻
[0010] 專利文獻
[0011] 專利文獻1:日本專利第4575976號公報
[0012] 專利文獻2:日本特開2009-22995號公報
[0013] 專利文獻3:日本特開2011-152589號公報（參照第0033段）


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 再者，上述專利文獻1、2以及3的全部公開內(nèi)容以其引用編載于本說明書中。以 下的分析是由本發(fā)明提供的。
[0015] 在使用專利文獻1的板材進行熱處理的情況下，存在根據(jù)被加熱材料的品種、形 狀而要求更換板材的情況，由此產(chǎn)生熱處理花費工夫和成本這樣的問題。另外，在進行規(guī)定 的熱處理的部分和不進行該熱處理的部分的分界線的設定上有可能花費工夫和成本。
[0016] 由于如專利文獻2所公開的那樣將鋼板局部地進行淬火，因此例如使電極接觸毛 坯材料的需要淬火的部分來進行通電加熱的情況下，根據(jù)條件而有毛坯材料的其他部分的 溫度沒有被充分地加熱、成形性降低之虞。
[0017] 根據(jù)專利文獻3的發(fā)明，成為熱處理或熱沖壓加工的對象的坯料，被限定為對原 本一張金屬板實施了使表面反射率降低的部分性的表面處理而成的板材，否定了拼焊坯材 的使用。
[0018] 本發(fā)明的目的是，提供使用拼焊坯材作為坯料，能夠簡化金屬加工所需的設備以 及工序管理的金屬加工方法以及采用該加工方法加工出的金屬加工品。
[0019] 本發(fā)明，在第1觀點中提供一種金屬加工方法，該加工方法包括：接合工序，該工 序?qū)⒒诩t外線加熱的升溫度相對高的金屬材料和基于紅外線加熱的升溫度相對低的金 屬材料預先接合，形成被一體化了的金屬材料；和加熱工序，該工序?qū)⑺霰灰惑w化了的金 屬材料同時且整體地進行紅外線加熱，在紅外線加熱中的所述被一體化了的金屬材料中， 所述升溫度相對高的部分達到了與所述規(guī)定的熱處理對應的規(guī)定溫度之后、所述升溫度相 對低的部分達到該規(guī)定溫度之前結束所述紅外線加熱。
[0020] 本發(fā)明，在第2觀點中提供基于第1觀點的金屬加工品。
[0021] 下面例示本發(fā)明的效果。
[0022] 通過將僅進行接合就能容易地制作的拼焊坯材作為坯料利用，能降低金屬加工品 的制造所需要的工夫和成本。另外，通過以規(guī)定的圖案配置特性不同的金屬材料并預先進 行接合，能夠在制品中形成所希望的特性分布，因此能夠簡化熱處理設備、熱處理工序管理 等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是在本發(fā)明的一實施例涉及的金屬加工方法中能夠使用的紅外線加熱裝置 的說明圖。
[0024] 圖2(A)?（C)是在本發(fā)明的一實施例涉及的金屬加工方法中所采用的金屬材料 (拼焊坯材）的俯視圖。
[0025] 圖3是表示紅外線加熱了在本發(fā)明的一實施例涉及的金屬加工方法中所采用的、 升溫度不同的兩種金屬材料的結果的曲線圖。

【具體實施方式】
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，將所述升溫度相對高的金屬材料分配為實施規(guī)定的熱 處理的部分，將所述升溫度相對低的金屬材料分配為不實施該規(guī)定的熱處理的部分。根據(jù) 該方式，能夠削減用于加熱的能量。另外，由于升溫度相對高的部分與相對低的部分之間的 熱傳導減少，因此能夠明確地設定特性變化的邊界。換言之，通過以規(guī)定的圖案配置特性不 同的金屬材料并預先進行接合，能夠容易或準確地設定進行規(guī)定的熱處理的部分與不進行 該熱處理的部分的邊界。在毛坯材料的形成階段（多種金屬材料的接合階段），能夠設定例 如強度高的部分和強度低的部分的制作劃分，因此能夠簡化熱處理設備或熱處理管理。例 如，將僅進行接合就能夠容易地制作的拼焊坯材作為坯料使用，能夠進行部分淬火。
[0027] 關于升溫度相對高的金屬材料與升溫度相對低的金屬材料的升溫度差，優(yōu)選調(diào)整 金屬材料的組成、表面性狀、板厚或尺寸等的立體形狀，使得在升溫度相對高的金屬材料達 到了所設定的熱處理溫度的時刻兩材料的溫度差優(yōu)選為100?400°C、進一步優(yōu)選為100? 300°C、更進一步優(yōu)選為150?250°C。升溫度差優(yōu)選為5?30°C/s，進一步優(yōu)選為5? 20°C/s，更進一步優(yōu)選為5?15°C/s。
[0028] 在本發(fā)明的一實施方式中，在所述加熱工序中，將所述升溫度相對高的部分、和所 述升溫度相對低的部分在同樣的照射條件下進行紅外線加熱。根據(jù)該方式，能夠簡化熱處 理設備和工序管理。另外，也可以不掩蔽不進行規(guī)定的熱處理的部分，因此可不需要被處理 材料的準確的定位。由于這樣地有效利用材料特性來設定要加熱的部分和要抑制加熱的部 分，因此能夠簡化熱處理設備或熱處理管理。
[0029] 在本發(fā)明的一實施方式中，在所述加熱工序中，將所述升溫度相對低的部分不遮 蔽而進行紅外線加熱。根據(jù)該方式，能夠簡化熱處理設備和工序管理。
[0030] 在本發(fā)明的一實施方式中，在所述接合工序中，通過焊接將所述升溫度相對高的 金屬材料和所述升溫度相對低的金屬材料進行接合。根據(jù)該方式，通過焊接能夠容易地得 到被熱處理材料。
[0031] 在本發(fā)明的一實施方式中，將所述升溫度相對高的金屬材料加熱到淬火溫度以 上，將所述升溫度相對低的金屬材料加熱到小于淬火溫度。根據(jù)該方式，能夠削減用于加熱 的能量。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)被淬火了的強度高的部分和未被淬火的強度低的部分的制作劃分。
[0032] 在本發(fā)明的一實施方式中，所述升溫度的差異根據(jù)所述金屬材料的組成或所述金 屬材料的表面處理或所述金屬材料的立體形狀中的任意一個以上來設定。例如，通過使用 光吸收涂料，能夠在使加熱效率提高的同時進行規(guī)定的熱處理。另外，通過使用光反射涂 料，能夠防止涂敷有光反射涂料的部分的過熱。
[0033] 在本發(fā)明的一實施方式中，所述升溫度相對低的金屬材料被光澤鍍敷，使得其紅 外線的反射率變得比升溫度相對高的金屬材料高。根據(jù)該方式，能防止被光澤鍍敷了的部 分被加熱到規(guī)定的熱處理、例如淬火溫度以上，因此被光澤鍍敷了的部分的成形容易，成形 后，能夠?qū)⒈还鉂慑兎笄页尚瘟说牟糠值姆冷P處理省力化或簡化。另外，熱處理時，被光澤 鍍敷了的部分維持在較低溫度，因此能防止鍍層的脫落。作為光澤鍍層的種類，可例示鍍鎳 層、鍍鋅層、合金化熱浸鍍鋅層、熱浸鍍鋁層、鍍鉻層、鍍錫層、鍍金層、鍍銀層、鍍銅層、各種 合金鍍層。
[0034] 在本發(fā)明的一實施方式中，通過紅外線加熱用燈的輸出功率調(diào)整來調(diào)整所述被一 體化了的金屬材料的加熱溫度。根據(jù)該方式，能夠?qū)崿F(xiàn)升溫時間的縮短和升溫所需的能量 的削減。
[0035] 在本發(fā)明的一實施方式中，從兩面對所述被一體化了的金屬材料進行紅外線加 熱。根據(jù)該方式，能夠?qū)崿F(xiàn)升溫時間的縮短。
[0036] 本發(fā)明的一實施方式涉及的金屬加工方法，包括：成形工序，該工序在所述加熱工 序結束后將所述被一體化了的金屬材料成形；和冷卻工序，該工序在所述成形中或成形后 將所述被一體化了的金屬材料冷卻。根據(jù)該方式，通過加熱，成形變得容易。
[0037] 在紅外線加熱中，能夠使用具有各種波長的紅外線，優(yōu)選根據(jù)使用的金屬材料的 特性來設定照射的紅外線的波長。
[0038] 作為相對于紅外線加熱的升溫度不同的金屬材料，可例示：板厚、板寬度或立體形 狀不同的金屬材料；主要構成元素不同的金屬材料；碳含量不同的鋼板；添加或不添加淬 火強化金屬的金屬材料；進行了鍍敷的金屬材料和未進行鍍敷的金屬材料；鋼板和不銹鋼 鋼板等特殊鋼板；涂敷有相對于特定波長的紅外線的吸收量高的涂料的金屬材料和未涂敷 該涂料的金屬材料；涂敷有相對于特定波長的紅外線的反射量高的涂料的金屬材料和未涂 敷該涂料的金屬材料等。
[0039] 升溫度的差，如上所述，也能夠通過將表面的性狀相互不同的金屬材料接合來設 定。例如，能夠通過將表面的凹凸度不同的金屬材料彼此接合，或者將鏡面度不同的金屬材 料彼此接合來進行設定。
[0040] 在接合工序中，能夠根據(jù)對最終制品所要求的特性分布來選擇例如鐵、鋁和銅等 的基于紅外線加熱的升溫度相互不同的材料，并通過焊接進行接合。對于接合，除了焊接之 夕卜，能夠選擇軋制等的通過壓力進行的接合、或者通過鉚接進行的接合。
[0041] 在接合工序的階段，在后面的加熱工序中對被一體化了的金屬材料中的部分性的 升溫度的差進行設定，因此在加熱工序中能夠同時且整體地進行紅外線加熱。
[0042] 在本發(fā)明的一實施方式中，在紅外線加熱中的被一體化了的金屬材料中，升溫度 相對高的部分達到了例如淬火溫度之后，升溫度相對低的部分達到該淬火溫度之前、且達 到了能得到充分的成形性的溫度的階段，結束紅外線加熱。
[0043] 被加熱了的金屬材料，能夠通過模壓淬火在成形的同時進行冷卻、或者在沖壓成 型后進行急冷。
[0044] 本發(fā)明的金屬加工品，可很適合地利用作為B柱加強件（中央柱加強件）、車門防 撞梁、縱梁之類的汽車部件。
[0045] 實施例
[0046] 以下一邊參照附圖一邊說明本發(fā)明的一實施例。圖1是在本發(fā)明的一實施例涉及 的金屬加工方法中能夠使用的紅外線加熱裝置的說明圖。
[0047] 參照圖1，將基于紅外線加熱的升溫度相對高的金屬材料和基于紅外線加熱的升 溫度相對低的金屬材料預先接合而一體化了的金屬材料（以下將其稱作"拼焊坯材"）4,通 過配置在拼焊坯材4的上方的多個近紅外線燈3和配置在拼焊坯材4的下方的多個近紅外 線燈5從兩面進行加熱。再者，拼焊坯材4安置在工件支持棒6上，使得不與近紅外線燈3、 5接觸。
[0048] 接著，說明在本發(fā)明的一實施例涉及的金屬加工方法中所采用的拼焊坯材的一 例。圖2的（A)?（C)是在本發(fā)明的一實施例涉及的金屬加工方法中所采用的拼焊坯材的 俯視圖。
[0049]參照圖2(A)，拼焊坯材4通過將基于紅外線加熱的升溫度相對低的金屬材料1和 基于紅外線加熱的升溫度相對高的金屬材料2在焊接接合部位9進行焊接而形成。例如， 通過采用防銹鋼板作為金屬材料1、并采用熱壓成形用鋼板作為金屬材料2,將金屬材料2 的升溫度設定得比金屬材料1的升溫度高。由此，在加熱工序中，在金屬材料2達到了淬火 溫度的階段，金屬材料1沒有達到該淬火溫度。圖2(A)所示的拼焊坯材4經(jīng)過加熱工序、 成形工序以及冷卻工序，作為車輛的B柱加強件等的骨架部件利用。
[0050] 參照圖2(B)，矩形的拼焊坯材4是在普通鋼板7的兩端的焊接接合部位9、9焊接 有防銹鋼板8、8。而且，在普通鋼板7的中央部涂敷有反射涂料10。由于普通鋼板7的紅外 線吸收率比防銹鋼板8高，因此，普通鋼板7成為基于紅外線加熱的升溫度相對高的部分， 防銹鋼板8成為基于紅外線加熱的升溫度相對低的部分。另外，在普通鋼板7中，涂敷有反 射涂料10的部分與其他部分相比，紅外線的反射率高，因此涂敷有反射涂料10的部分也成 為基于紅外線加熱的升溫度相對低的部分。在圖2(B)所示的拼焊坯材4中，普通鋼板7的 部分（但是，除了涂敷有反射涂料10的部分以外）通過淬火而被高強度化，防銹鋼板8的 部分、和普通鋼板7的涂敷有反射涂料10的部分沒有被淬火而保持成形性。例如，普通鋼 板7的涂敷有反射涂料10的部分容易進行開孔加工等。這樣，被加熱、成形、冷卻了的拼焊 坯材4,能很適合地作為車門防撞梁利用。
[0051] 另外，當替代反射涂料10而涂敷容易吸收紅外線的吸收涂料時，涂敷有吸收涂料 的部分被局部加熱、淬火而高強度化。
[0052] 再者，在防銹鋼板8的部分也需要淬火的情況下，只要通過提高紅外線燈的輸出 功率，將普通鋼板7的部分和防銹鋼板8的部分兩方加熱到奧氏體化溫度以上即可。
[0053] 參照圖2(C)，拼焊坯材4是接合異形材料而形成，詳細而言，在各個焊接接合部位 9依次焊接了防銹鋼板8、普通鋼板7、防銹鋼板8、普通鋼板7以及防銹鋼板8。由于普通鋼 板7的紅外線吸收率比防銹鋼板8高，因此普通鋼板7成為基于紅外線加熱的升溫度相對 高的部分，防銹鋼板8成為基于紅外線加熱的升溫度相對低的部分。在圖2 (C)所示的拼焊 坯材4中，普通鋼板7的部分通過淬火而被高強度化，防銹鋼板8的部分沒有被淬火而保持 成形性。
[0054] 圖3是表示將在本發(fā)明的一實施例涉及的金屬加工方法中所采用的、升溫度不同 的兩種金屬材料進行紅外線加熱了的結果的曲線圖。參照圖3,在直到普通鋼板達到最高溫 度為止的期間（〇?28秒），用粗線表示的普通鋼板的升溫度為32°C/s，用虛線表示的防銹 鍍覆鋼板的升溫度為23°C/s，兩者的升溫度差約為KTC。在普通鋼板達到了最高溫度的時 刻（加熱開始后28秒的時刻），普通鋼板與防銹鍍覆鋼板的溫度差為250°C。另外可知,在 大概加熱開始后20?40秒的期間，升溫度相對高的普通鋼板的部分達到充分的淬火溫度， 升溫度相對低的防銹鍍覆鋼板的部分沒有達到淬火溫度。
[0055] 從上述的實驗結果可知，通過將接合升溫度相對高的普通鋼板和升溫度相對低的 防銹鍍覆鋼板而一體化了的拼焊坯材，同時且整體地在同樣的條件下進行紅外線加熱后進 行成形、冷卻，能夠僅將普通鋼板的部分進行淬火，并使防銹鍍覆鋼板的部分不進行淬火而 維持防銹性或成形性。即，通過將被加熱了的拼焊坯材在沖壓成形的同時進行冷卻，能夠得 到具備被淬火強化了的部分和未被淬火強化的具有防銹性的部分這兩方特性的金屬加工 品。
[0056] 再者，作為升溫度不同的金屬材料的組合，鋼板與被光澤鍍敷了的防銹鍍覆鋼板 的組合是實用的。通過光澤鍍敷，紅外光的反射率變高，因此與沒有進行光澤鍍敷的普通 鋼板相比，升溫度變低，能夠防止鍍層的脫落，另外，能夠抑制進行了光澤鍍敷的部分的淬 火從而維持成形性。作為光澤鍍層的種類，有鍍鎳層、鍍鋅層、合金化熱浸鍍鋅層、熱浸鍍鋁 層、鍍鉻層、鍍錫層、鍍金層、鍍銀層、鍍銅層、各種合金鍍層。
[0057] 在本發(fā)明的全部公開內(nèi)容（包含各權利要求的各要素、各實施例的各要素、各附 圖的各要素等）的范圍內(nèi)，能夠進一步基于其基本技術思想進行實施例或?qū)嵤├淖兏?調(diào)整。另外，在本發(fā)明的權利要求書的范圍內(nèi)，能夠進行各實施方式、實施例、各附圖所記載 的各種公開要素的多樣的組合或選擇。即，本發(fā)明包括按照包含權利要求書在內(nèi)的全部公 開內(nèi)容、技術思想本領域技術人員能夠完成的各種變形、修正，這是不言而喻的。
[0058] 附圖標記說明
[0059] 1升溫度相對低的金屬材料
[0060] 2升溫度相對高的金屬材料
[0061] 3近紅外線燈
[0062] 4拼焊坯材
[0063] 5近紅外線燈
[0064] 6工件支持棒
[0065] 7普通鋼板
[0066] 8防銹鋼板
[0067] 9焊接接合部位
[0068] 10反射涂料涂敷部位
【權利要求】
1. 一種金屬加工方法，包括： 接合工序，該工序?qū)⒒诩t外線加熱的升溫度相對高的金屬材料和基于紅外線加熱的 升溫度相對低的金屬材料預先接合，形成被一體化了的金屬材料；和 加熱工序，該工序?qū)⑺霰灰惑w化了的金屬材料同時且整體地進行紅外線加熱，在紅 外線加熱中的所述被一體化了的金屬材料中，所述升溫度相對高的部分達到了與所述規(guī)定 的熱處理對應的規(guī)定溫度之后、所述升溫度相對低的部分達到該規(guī)定溫度之前結束所述紅 外線加熱。
2. 根據(jù)權利要求1所述的金屬加工方法， 將所述升溫度相對高的金屬材料分配為實施規(guī)定的熱處理的部分，將所述升溫度相對 低的金屬材料分配為不實施該規(guī)定的熱處理的部分。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的金屬加工方法， 在所述加熱工序中，將所述升溫度相對高的部分、和所述升溫度相對低的部分在同樣 的照射條件下進行紅外線加熱。
4. 根據(jù)權利要求3所述的金屬加工方法， 在所述加熱工序中，將所述升溫度相對低的部分不遮蔽而進行紅外線加熱。
5. 根據(jù)權利要求1?4中任一項所述的金屬加工方法， 在所述接合工序中，通過焊接將所述升溫度相對高的金屬材料和所述升溫度相對低的 金屬材料接合。
6. 根據(jù)權利要求1?5中任一項所述的金屬加工方法， 將所述升溫度相對高的金屬材料加熱到淬火溫度以上，將所述升溫度相對低的金屬材 料加熱到小于淬火溫度。
7. 根據(jù)權利要求1?6中任一項所述的金屬加工方法， 所述升溫度的差異，根據(jù)所述金屬材料的組成、所述金屬材料的表面處理或所述金屬 材料的立體形狀中的任意一個以上來設定。
8. 根據(jù)權利要求1?7中任一項所述的金屬加工方法， 所述升溫度相對低的金屬材料被光澤鍍敷，使得其紅外線的反射率變得比升溫度相對 高的金屬材料高。
9. 根據(jù)權利要求1?8中任一項所述的金屬加工方法， 通過紅外線加熱用燈的輸出功率調(diào)整來調(diào)整所述被一體化了的金屬材料的加熱溫度。
10. 根據(jù)權利要求1?9中任一項所述的金屬加工方法， 從兩面對所述被一體化了的金屬材料進行紅外線加熱。
11. 根據(jù)權利要求1?10中任一項所述的金屬加工方法，包括： 成形工序，該工序在所述加熱工序結束后將所述被一體化了的金屬材料成形；和 冷卻工序，該工序在所述成形中或成形后將所述被一體化了的金屬材料冷卻。
12. -種金屬加工品，是采用權利要求1?11中任一項所述的金屬加工方法加工出的。
【文檔編號】C21D1/70GK104220606SQ201280072048
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權日:2012年3月29日
【發(fā)明者】石黑克則, 近藤清人, 鈴木貴之, 古橋正樹 申請人:愛信高丘株式會社