JP2002235147A - 強度傾斜部材用鋼板とその製造方法 - Google Patents

強度傾斜部材用鋼板とその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 強度傾斜部材をレーザ等による接合あるい
は焼入れを要さずに生産性良く製造できる強度傾斜部材
用鋼板とその製造方法を提供する。 【解決手段】 プレス成形後時効処理された部材内に強
度が他部よりも高い高強度部を有する強度傾斜部材の前
記プレス成形前素材として用いる鋼板であって、下記の
特性を有する高歪時効硬化鋼板の前記高強度部となす箇
所に、好ましくはレベリング加工により、予歪5%以上
を付与してなる強度傾斜部材用鋼板。 記 歪5%付与後に400 ℃以下で熱処理を施した場合の引張
強度が歪を付与せず同じ時効処理を施した場合の引張強
度に比べて40MPa 以上上昇する特性

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、強度傾斜部材用鋼
板とその製造方法に関する。強度傾斜部材とは、部材内
で部分的に強度の異なる部材であって、該部材用鋼板
(素材)をプレス成形後に塗装後焼付け処理等の熱処理
(時効処理ともいう)を施して製造されるものを意味す
る。この強度傾斜部材は、現状の主用途が自動車の分野
にあるが、家電、建築等の分野に適用することも可能で
ある。また、ここで強度傾斜部材は、強度が徐々に変化
するか否かにかかわらず、部材内で部分的に強度の異な
る部材を意味する。
【0002】
【従来の技術】地球環境保護の観点から自動車車体の軽
量化が要求されている。その一方で、自動車衝突時の安
全確保のために車体の耐衝突強度を高めることも要請さ
れている。この車体の軽量化と耐衝突強度向上とを十分
なレベルで両立させることは難しく、例えば耐衝突強度
を向上させようとして衝突部材の肉厚を厚くしあるいは
補強材を用いると車体重量が増加するというジレンマに
陥る。
【0003】そのため、キャビンに近い部分は変形しに
くい高強度材および/または厚肉材で形成され、キャビ
ンから遠い(衝突物体に近い)部分は長さ方向に蛇腹状
に座屈して衝突のエネルギーを吸収しやすい低強度材お
よび/または薄肉材で形成された部材が使用され、衝突
のエネルギーを効率よく吸収する部材が必要となってい
る。かかる部材の如く一つのプレス成形部材において部
分部分で属性を違えたものを傾斜部材と称し、違えた属
性が強度であるものを強度傾斜部材と称する。
【0004】一方、プレス成形の分野ではプレスの効率
化やプレス金型の保有数削減が指向されており、これに
適合させた強度傾斜部材製作法として、複数の鋼板を予
めレーザ等で接合して一体化した部材をプレス成形する
テーラードブランク法や、プレス成形品の強度所望部位
を該部位に高密度エネルギー源(レーザ等)を照射する
ことにより焼入れ硬化部となす方法(特開平4−72010
号公報)などが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の強度傾斜部
材は、その製作過程で接合や焼入れにレーザ等を使用す
る必要があるため、設備費が高くまた生産性が悪いとい
う問題があった。本発明の目的は、この問題を解決しう
る手段、すなわち強度傾斜部材をレーザ等による接合あ
るいは焼入れを要さずに生産性良く製造できる強度傾斜
部材用鋼板とその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、プレス成形後
熱処理された部材内に強度が他部よりも高い高強度部を
有する強度傾斜部材の前記プレス成形前素材として用い
る鋼板であって、下記の特性を有する高歪時効硬化鋼板
の前記高強度部となす箇所に予歪5%以上を付与してな
ることを特徴とする強度傾斜部材用鋼板(本発明鋼板)
である。
【0007】記 歪5%付与後に400 ℃以下の熱処理を施した場合の引張
強度が、歪を付与せず同じ熱処理を施した場合の引張強
度に比べて40MPa 以上上昇する特性 また、本発明は、プレス成形後時効処理された部材内に
強度が他部よりも高い高強度部を有する強度傾斜部材の
前記プレス成形前素材として用いる鋼板の製造方法であ
って、前記の特性を有する高歪時効硬化鋼板に前記高強
度部となす箇所を定め、該箇所に対し予歪5%以上にな
るレベリング加工を施すことを特徴とする強度傾斜部材
用鋼板の製造方法(本発明方法)である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明は、歪5%付与後に比較的
低温の熱処理である400 ℃以下の熱処理を施すことによ
り、歪を付与せず同じ熱処理を施したものに比して引張
強度(引張強さ又はTSとも称する。)が40MPa 以上上
昇する特性を有する高歪時効硬化鋼板の特徴を有利に引
き出したものであり、この高歪時効硬化鋼板に部分的に
予歪5%以上を与えてなる本発明鋼板にプレス成形→熱
処理を施すと、前記予歪を与えた部分のTSが他の部分
に比べて顕著に上昇する。
【0009】それゆえ、予め実験等で求めておいた前記
予歪の歪量と前記プレス成形→熱処理後のTSの上昇量
との関係に基づいて、前記プレス成形→熱処理後のTS
の目標値に対応する歪量の値εA を決定し、歪量εA
予歪を高強度部としたい箇所に与えておくだけで、プレ
ス成形→熱処理後に前記高強度部としたい箇所のTSが
前記目標値通りとなった強度傾斜部材を得ることができ
る。
【0010】すなわち、本発明鋼板によれば、これをそ
のままプレス成形→400 ℃以下の熱処理するだけで、レ
ーザ等の高価な接合あるいは照射加熱設備を必要とせず
安価にかつ生産性良く強度傾斜部材を製造することがで
きる。通常の鋼板を使用しても予歪による加工硬化によ
りプレス成形後に部分的に材料が硬くなった部材を製造
することが可能であるが、本発明によれば、高歪時効硬
化鋼板を使用することにより、通常鋼板を単に加工硬化
させた場合よりも異部分間の強度差が格段に大きい強度
傾斜部材を製造することができる。
【0011】本発明で用いる高歪時効硬化鋼板は、歪5
%付与後に400 ℃以下の熱処理を施した場合のTSが、
歪を付与せず同じ熱処理を施した場合に比べて40MPa 以
上上昇する特性を有する鋼板でなければならない。この
TS上昇量(ΔTS=(歪5%付与後に熱処理を施した
場合のTS)−(歪を付与せず同じ熱処理を施した場合
のTS))が40MPa に達しない鋼板では、部材内での強
度の差が小さく、部材内で部分的に強度を変化させるメ
リットを享受することができない。
【0012】ここで、熱処理温度は400 ℃以下とする。
400 ℃を超える高温処理では、処理を行うための設備費
が高くなる。また、熱処理として一般的に行われている
プレス形成後の塗装焼き付け処理を採用することが、設
備費を小さくする上で、非常に有利である。このため、
プレス形成後の塗装焼き付け相当処理、すなわち170℃
×20分処理する熱処理により40MPa 以上引張り強度が
上昇する高歪時効硬化鋼板が好ましい。
【0013】高歪時効硬化鋼板としては、例えば特開20
00−297350号公報に開示される鋼板、すなわち、第1成
分(C:0.01〜0.12%、Si:2.0 %以下、Mn:0.01〜3.
0 %、P:0.2 %以下、Al:0.001 〜0.1 %、N:0.00
3 〜0.02%)を全て含有し、あるいはさらに、第2成分
(Ti:0.001 〜0.1 %、Nb:0.001 〜0.1 %)のうちの
1種または2種、および/または、第3成分(Ni:0.1
〜1.5 %、Cr:0.1 〜1.5 %、Mo:0.1 〜1.5 %)のう
ちの1種または2種以上を含有し、平均結晶粒径8μm
以下のフェライトを主相とする組織を有し、さらに、固
溶N量=0.003〜0.01%であり、フェライト結晶粒界面
から±5nmの範囲内に存在する平均固溶N濃度Ngb とフ
ェライト結晶粒内に存在する平均固溶N濃度Ngとの比 N
gb/Ng =100 〜10000 である高張力熱延鋼板が好適であ
る。
【0014】本発明では、高歪時効硬化鋼板に付与する
予歪の歪量は5%以上とする必要がある。この歪量が5
%に満たないと、高歪時効硬化鋼板を用いてもプレス成
形→熱処理後の部材内強度差が過小となるおそれがあ
り、強度傾斜部材用鋼板として不十分なものとなる。本
発明において、予歪の歪量は次のように定義される。す
なわち、予歪導入用の加工装置(例:レベラ、圧延機な
ど)で加工する前の鋼板について引張試験を行って真応
力(σ)−真歪(ε)曲線:σ=F(ε)を求め、次に
同鋼板を同加工装置で加工したものについて引張試験を
行って降伏点強度(YP)を求め、次に前記真応力−真
歪曲線σ=F(ε)を用いてσ=YPに対応する真歪ε
の値ε YPを求め、これを当該加工装置で導入された予歪
の歪量とする(図1参照)。加工装置の操作量(加工操
作量)とYPとの関係は別途実験により定めうるから、
この関係と前記真応力−真歪曲線とを用いて、加工操作
量を予歪の目標歪値に対応した値に設定することができ
る。
【0015】本発明では、前記高歪時効硬化鋼板への予
歪付与方法はレベリング加工とすることが好ましい。高
歪時効硬化鋼板に予歪を与える方法としては、レベリン
グ加工の他に圧延加工が考えられるが、圧延加工は1対
のロールで板を挟んで圧下する加工であるため鋼板の被
加工部分(高強度部としたい箇所)の板厚(肉厚)減少
を伴い、剛性の面で不利となって好ましくない。これに
対してレベリング加工は複数のロールを上下互い違いに
配置したレベラ2を用いた曲げ曲げもどし主体の加工で
あるから鋼板1の被加工部分の板厚減少をほとんど生じ
ることがなく、予歪導入方法として最適である(図2参
照)。
【0016】そして本発明方法によれば、レベラの加工
操作量(矯正量、鋼板通し部位、鋼板通し回数など)を
設定するだけで、任意の鋼板長さ部位に予歪を任意の歪
量で与えることができるから、強度傾斜部材にテーパ
状、ステップ状等の様々な強度分布を容易に付与するこ
とができる。
【0017】
【実施例】耐衝突性評価試験では、図3に示す寸法形状
を有する板状材料(強度傾斜部材用鋼板に相当)をプレ
ス成形により図4に示す寸法形状を有するハット型成形
部材(強度傾斜部材に相当)となし、これに熱処理とし
て170 ℃×20分を施したものを試験片としその部位A側
から重さ270kg の重りを時速20km/hで衝突させ、ハット
型成形部材の潰れ量60mmまでの吸収エネルギーにより耐
衝突性が評価される。
【0018】表1に示す特徴を有する板厚1.4mm の熱延
鋼板〜を用いて表2に示す方法で図4のハット型成
形部材の成形素材となすべき図3の板状材料を作製して
上記の耐衝突特性評価試験を行った。その結果を表2に
示す。なお、表1においてΔTSは以下のような形で求
めた。 ΔTS=(歪5%付与後に170 ℃×20分熱処理を施した
場合のTS)−(歪を付与せず170 ℃×20分熱処理を施
した場合のTS)
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】実施例1、2はΔTSが40MPa 以上になる
鋼板(高歪時効硬化鋼板)、の部位A相当部分に予
歪を与えず部位B相当部分にレベラで予歪5%を与えた
ものでこの場合の板状材料が本発明鋼板に該当するも
の、比較例1はΔTSが40MPa未満になる鋼板の部位
A相当部分に予歪を与えず部位B相当部分にレベラで予
歪5%を与えたもの、比較例2は部位A側に鋼板、部
位B側に高強度鋼板を充当して両者をテーラードブラ
ンク法で接合したもの、比較例3は鋼板の部位A相当
部分にも部位B相当部分にも予歪を与えなかったもので
ある。
【0022】実施例1、2では、比較例2に匹敵する耐
衝突性が得られており、本発明鋼板を強度傾斜部材の素
材に用いることで、高価な接合装置等によらずとも生産
性良く強度傾斜部材を製造できることがわかる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、特別な装置を必要とせ
ずに生産性良く強度傾斜部材を製造することができると
いう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】予歪の歪量の定義説明図である。
【図2】部分的に施すレベリング加工の説明図である。
【図3】ハット型成形部材用の板状材料を示す平面図で
ある。
【図4】ハット型成形部材を示す立体図である。
【符号の説明】
1 鋼板 2 レベラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 真次郎 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 登坂 章男 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 坂田 敬 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プレス成形後熱処理された部材内に強度
    が他部よりも高い高強度部を有する強度傾斜部材の前記
    プレス成形前素材として用いる鋼板であって、下記の特
    性を有する高歪時効硬化鋼板の前記高強度部となす箇所
    に予歪5%以上を付与してなることを特徴とする強度傾
    斜部材用鋼板。 記 歪5%付与後に400 ℃以下の熱処理を施した場合の引張
    強度が、歪を付与せず同じ熱処理を施した場合の引張強
    度に比べて40MPa 以上上昇する特性
  2. 【請求項2】 プレス成形後熱処理された部材内に強度
    が、他部よりも高い高強度部を有する強度傾斜部材の前
    記プレス成形前素材として用いる鋼板の製造方法であっ
    て、下記の特性を有する高歪時効硬化鋼板に前記高強度
    部となす箇所を定め、該箇所に対し予歪5%以上になる
    レベリング加工を施すことを特徴とする強度傾斜部材用
    鋼板の製造方法。 記 歪5%付与後に400 ℃以下の熱処理を施した場合の引張
    強度が、歪を付与せず同じ熱処理を施した場合の引張強
    度に比べて40MPa 以上上昇する特性
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