JP3530347B2 - 動的変形特性に優れた高強度鋼板の選定方法 - Google Patents
動的変形特性に優れた高強度鋼板の選定方法Info
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- JP3530347B2 JP3530347B2 JP19029797A JP19029797A JP3530347B2 JP 3530347 B2 JP3530347 B2 JP 3530347B2 JP 19029797 A JP19029797 A JP 19029797A JP 19029797 A JP19029797 A JP 19029797A JP 3530347 B2 JP3530347 B2 JP 3530347B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車部材等に使
用され、衝突時の衝撃エネルギを吸収することで安全性
確保に寄与することのできる動的変形特性に優れた高強
度鋼板の選定方法に関するものである。
用され、衝突時の衝撃エネルギを吸収することで安全性
確保に寄与することのできる動的変形特性に優れた高強
度鋼板の選定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、衝突時の乗員保護が自動車の最重
要性能として認識され、それに対応するための高い衝撃
吸収性能を持つ材料が要求されている。例えば乗用車の
前面衝突においては、フロントサイドメンバと呼ばれる
部材にこのような材料を適用すれば、該部材が圧潰する
ことで衝撃エネルギが吸収され、乗員にかかる衝撃をや
わらげることができる。
要性能として認識され、それに対応するための高い衝撃
吸収性能を持つ材料が要求されている。例えば乗用車の
前面衝突においては、フロントサイドメンバと呼ばれる
部材にこのような材料を適用すれば、該部材が圧潰する
ことで衝撃エネルギが吸収され、乗員にかかる衝撃をや
わらげることができる。
【０００３】自動車衝突時に各部位が受けるひずみ速度
は１０3 (s-1) 程度に達するため、材料の衝撃吸収性能
を考える場合、このような高速度域での動的変形特性の
解明が必要である。そして、自動車の軽量化と安全性向
上を両立させることのできる、動的変形特性に優れた高
強度鋼板が必要とされ、最近この点に関する報告が見ら
れる。
は１０3 (s-1) 程度に達するため、材料の衝撃吸収性能
を考える場合、このような高速度域での動的変形特性の
解明が必要である。そして、自動車の軽量化と安全性向
上を両立させることのできる、動的変形特性に優れた高
強度鋼板が必要とされ、最近この点に関する報告が見ら
れる。
【０００４】例えば本発明者らは、CAMP-ISIJ Vol.9(19
96) P.1112〜1115に、高強度薄鋼板の高速変形特性と衝
撃エネルギ吸収能について報告し、その中で、１０3 (s
-1)の高ひずみ速度での動的強度は、１０-3(s-1) の低
ひずみ速度での静的強度と比較して大きく上昇するこ
と、鋼材の強度上昇によりクラッシュ時の吸収エネルギ
が向上すること、材料のひずみ速度依存性は鋼の組織に
依存すること、ＴＲＩＰ型鋼（加工誘起変態型鋼）およ
びＤＰ型鋼（デュアルフェーズ型鋼）は優れた成形性と
高い衝撃吸収能を兼ね備えることを述べている。
96) P.1112〜1115に、高強度薄鋼板の高速変形特性と衝
撃エネルギ吸収能について報告し、その中で、１０3 (s
-1)の高ひずみ速度での動的強度は、１０-3(s-1) の低
ひずみ速度での静的強度と比較して大きく上昇するこ
と、鋼材の強度上昇によりクラッシュ時の吸収エネルギ
が向上すること、材料のひずみ速度依存性は鋼の組織に
依存すること、ＴＲＩＰ型鋼（加工誘起変態型鋼）およ
びＤＰ型鋼（デュアルフェーズ型鋼）は優れた成形性と
高い衝撃吸収能を兼ね備えることを述べている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、高強度
鋼板について自動車衝突時の高ひずみ速度における動的
変形特性が解明されつつあるものの、衝撃エネルギ吸収
のための自動車部材として、鋼板のどのような特性に注
目し、どのような基準で材料選定を行えばよいかについ
ては、明らかにされていない。
鋼板について自動車衝突時の高ひずみ速度における動的
変形特性が解明されつつあるものの、衝撃エネルギ吸収
のための自動車部材として、鋼板のどのような特性に注
目し、どのような基準で材料選定を行えばよいかについ
ては、明らかにされていない。
【０００６】また上記自動車部材は、鋼板に曲げやプレ
ス等の成形を施して製造され、衝突時の衝撃は、これら
成形加工された部材に対して加えられる。しかし、この
ような成形加工後における衝撃エネルギ吸収能を解明し
た、実部材としての動的変形特性に優れた鋼板について
は、従来知られていない。
ス等の成形を施して製造され、衝突時の衝撃は、これら
成形加工された部材に対して加えられる。しかし、この
ような成形加工後における衝撃エネルギ吸収能を解明し
た、実部材としての動的変形特性に優れた鋼板について
は、従来知られていない。
【０００７】本発明は、フロントサイドメンバ等の成形
加工された自動車部品に使用される高強度鋼板であっ
て、衝突時の衝撃エネルギ吸収用として、適正な特性お
よび基準に基づいて選定され、安全性確保に確実に寄与
することのできる、動的変形特性に優れた高強度鋼板を
提供することを目的とする。
加工された自動車部品に使用される高強度鋼板であっ
て、衝突時の衝撃エネルギ吸収用として、適正な特性お
よび基準に基づいて選定され、安全性確保に確実に寄与
することのできる、動的変形特性に優れた高強度鋼板を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、相当ひずみにて０％超〜１０％以下の予変
形を加えたのち、５×１０-4〜５×１０-3(s-1) のひず
み速度で変形したときの準静的変形強度σs と、前記予
変形を加えたのち、５×１０2 〜５×１０3 (s-1) のひ
ずみ速度で変形したときの動的変形強度σd との差（σ
d −σs ）が６０MPa 以上の条件を満たしていることを
特徴とする動的変形特性に優れた高強度鋼板の選定方法
である。
の本発明は、相当ひずみにて０％超〜１０％以下の予変
形を加えたのち、５×１０-4〜５×１０-3(s-1) のひず
み速度で変形したときの準静的変形強度σs と、前記予
変形を加えたのち、５×１０2 〜５×１０3 (s-1) のひ
ずみ速度で変形したときの動的変形強度σd との差（σ
d −σs ）が６０MPa 以上の条件を満たしていることを
特徴とする動的変形特性に優れた高強度鋼板の選定方法
である。
【０００９】また、相当ひずみにて０％超〜１０％以下
の予変形を加えたのち、５×１０-4〜５×１０-3(s-1)
のひずみ速度で変形したときの準静的変形強度σs と、
前記予変形を加えたのち、５×１０2 〜５×１０
3 (s-1) のひずみ速度で変形したときの動的変形強度σ
d との差（σd −σs ）が （σd −σs ）≧４．１×σs 0.8 −σs ……………（１）の条件 を満足する範囲にあることを特徴とする動的変形
特性に優れた高強度鋼板の選定方法である。
の予変形を加えたのち、５×１０-4〜５×１０-3(s-1)
のひずみ速度で変形したときの準静的変形強度σs と、
前記予変形を加えたのち、５×１０2 〜５×１０
3 (s-1) のひずみ速度で変形したときの動的変形強度σ
d との差（σd −σs ）が （σd −σs ）≧４．１×σs 0.8 −σs ……………（１）の条件 を満足する範囲にあることを特徴とする動的変形
特性に優れた高強度鋼板の選定方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】自動車のフロントサイドメンバ等
の衝撃吸収用部材は、鋼板に曲げ加工やプレス加工など
を施して製造される。自動車衝突時の衝撃は、これら成
形加工された部材に対して加えられるため、本発明の鋼
板は、このような成形加工に相当する予変形後の状態
で、高い衝撃吸収性能を有していることが必要である。
しかし現在までのところ、成形による変形応力の上昇と
ひずみ速度上昇による変形応力の上昇とを同時に考慮し
て、実部材としての衝撃吸収特性に優れた鋼板を得る試
みはなされていない。
の衝撃吸収用部材は、鋼板に曲げ加工やプレス加工など
を施して製造される。自動車衝突時の衝撃は、これら成
形加工された部材に対して加えられるため、本発明の鋼
板は、このような成形加工に相当する予変形後の状態
で、高い衝撃吸収性能を有していることが必要である。
しかし現在までのところ、成形による変形応力の上昇と
ひずみ速度上昇による変形応力の上昇とを同時に考慮し
て、実部材としての衝撃吸収特性に優れた鋼板を得る試
みはなされていない。
【００１１】本発明者らは実験検討の結果、予変形の量
は、部材中の部位によっては２０％以上になる場合もあ
るが、相当ひずみにして０％超〜１０％以下の部位が大
半であり、またその領域での挙動を見ることによってそ
れ以外の領域の予測が可能であることを見出した。した
がって本発明において、相当ひずみにして０％超〜１０
％以下の予変形を加えることとした。
は、部材中の部位によっては２０％以上になる場合もあ
るが、相当ひずみにして０％超〜１０％以下の部位が大
半であり、またその領域での挙動を見ることによってそ
れ以外の領域の予測が可能であることを見出した。した
がって本発明において、相当ひずみにして０％超〜１０
％以下の予変形を加えることとした。
【００１２】図１は、後述の実施例における表１の各鋼
種について、衝突時における成形部材の吸収エネルギＥ
abと素材強度Ｓとの関係を示したものである。素材強度
Ｓは、通常の引張り試験による引張り強さである。部材
吸収エネルギＥabは、図２に示すような成形部材の長さ
方向（矢印の方向）に、質量４００kgの重錘を速度１５
ｍ／ｓで衝突させ、そのときの圧潰量１００mmまでの吸
収エネルギである。なお図２の成形部材は、厚さ２．０
mmの鋼板を成形したハット型部１に、同厚さ同鋼種の鋼
板２をスポット溶接により接合したものであり、ハット
型部１のコーナー半径は２mmである。３はスポット溶接
部である。
種について、衝突時における成形部材の吸収エネルギＥ
abと素材強度Ｓとの関係を示したものである。素材強度
Ｓは、通常の引張り試験による引張り強さである。部材
吸収エネルギＥabは、図２に示すような成形部材の長さ
方向（矢印の方向）に、質量４００kgの重錘を速度１５
ｍ／ｓで衝突させ、そのときの圧潰量１００mmまでの吸
収エネルギである。なお図２の成形部材は、厚さ２．０
mmの鋼板を成形したハット型部１に、同厚さ同鋼種の鋼
板２をスポット溶接により接合したものであり、ハット
型部１のコーナー半径は２mmである。３はスポット溶接
部である。
【００１３】図１から、部材吸収エネルギＥabは、通常
の引張り試験で得られる素材強度の高いものほど高くな
る傾向がみられるが、ばらつきの大きいことがわかる。
そこで図１に示す各素材について、相当ひずみにして０
％超〜１０％以下の予変形を加えたのち、５×１０-4〜
５×１０-3(s-1) のひずみ速度で変形したときの準静的
変形強度σs と、５×１０2 〜５×１０3 (s-1) のひず
み速度で変形したときの動的変形強度σd を測定した。
の引張り試験で得られる素材強度の高いものほど高くな
る傾向がみられるが、ばらつきの大きいことがわかる。
そこで図１に示す各素材について、相当ひずみにして０
％超〜１０％以下の予変形を加えたのち、５×１０-4〜
５×１０-3(s-1) のひずみ速度で変形したときの準静的
変形強度σs と、５×１０2 〜５×１０3 (s-1) のひず
み速度で変形したときの動的変形強度σd を測定した。
【００１４】その結果、（σd −σs ）によって層別す
ることができた。図１の各プロットの記号で、白丸印
は、０％超〜１０％以下の範囲のいずれかの予変形量で
（σd −σs ）＜６０MPa となるもの、黒丸印は、前記
範囲のすべての予変形量で６０MPa ≦（σd −σs ）で
あり、かつ予変形量が５％のとき、６０MPa ≦（σd −
σs ）＜８０MPa であるもの、黒四角印は、前記範囲の
すべての予変形量で６０MPa ≦（σd −σs ）であり、
かつ予変形量が５％のとき、８０MPa ≦（σd −σs ）
＜１００MPa であるもの、黒三角印は、前記範囲のすべ
ての予変形量で６０MPa ≦（σd −σs ）であり、かつ
予変形量が５％のとき、１００MPa ≦（σd −σs ）で
あるもの、である。
ることができた。図１の各プロットの記号で、白丸印
は、０％超〜１０％以下の範囲のいずれかの予変形量で
（σd −σs ）＜６０MPa となるもの、黒丸印は、前記
範囲のすべての予変形量で６０MPa ≦（σd −σs ）で
あり、かつ予変形量が５％のとき、６０MPa ≦（σd −
σs ）＜８０MPa であるもの、黒四角印は、前記範囲の
すべての予変形量で６０MPa ≦（σd −σs ）であり、
かつ予変形量が５％のとき、８０MPa ≦（σd −σs ）
＜１００MPa であるもの、黒三角印は、前記範囲のすべ
ての予変形量で６０MPa ≦（σd −σs ）であり、かつ
予変形量が５％のとき、１００MPa ≦（σd −σs ）で
あるもの、である。
【００１５】そして、０％超〜１０％以下の範囲のすべ
ての予変形量において６０MPa ≦（σd −σs ）である
ものは、衝突時の部材吸収エネルギＥabが、素材強度Ｓ
から予測される値以上であり、衝突時の衝撃吸収用部材
として優れた動的変形特性を有する鋼板であった。前記
予測される値は、図１の曲線で示す値であり、 Ｅab＝０．０６２Ｓ0.8 （２） で示される。したがって本発明において、（σd −σs
）を６０MPa 以上とした。
ての予変形量において６０MPa ≦（σd −σs ）である
ものは、衝突時の部材吸収エネルギＥabが、素材強度Ｓ
から予測される値以上であり、衝突時の衝撃吸収用部材
として優れた動的変形特性を有する鋼板であった。前記
予測される値は、図１の曲線で示す値であり、 Ｅab＝０．０６２Ｓ0.8 （２） で示される。したがって本発明において、（σd −σs
）を６０MPa 以上とした。
【００１６】また、通常、動的変形強度は静的変形強度
の累乗の形で表されることが知られており、静的変形強
度が高くなるにつれて、動的変形強度と静的変形強度の
差は小さくなる。しかし、材料の高強度化による軽量化
を考えた場合、動的変形強度と静的変形強度の差が小さ
くなると材料置換による衝撃吸収能の向上が大きくは期
待できず、軽量化の達成が困難となる。この点に関して
研究の結果、（σd −σs ）が上記（１）式を満足する
範囲であれば、材料置換による軽量化が達成できること
がわかった。本発明の対象鋼種としては、実施例の表１
に示すような熱延材、冷延材、固溶強化鋼、析出強化
鋼、組織強化鋼等を採用することができる。
の累乗の形で表されることが知られており、静的変形強
度が高くなるにつれて、動的変形強度と静的変形強度の
差は小さくなる。しかし、材料の高強度化による軽量化
を考えた場合、動的変形強度と静的変形強度の差が小さ
くなると材料置換による衝撃吸収能の向上が大きくは期
待できず、軽量化の達成が困難となる。この点に関して
研究の結果、（σd −σs ）が上記（１）式を満足する
範囲であれば、材料置換による軽量化が達成できること
がわかった。本発明の対象鋼種としては、実施例の表１
に示すような熱延材、冷延材、固溶強化鋼、析出強化
鋼、組織強化鋼等を採用することができる。
【００１７】
［実施例１］：表１に示す１３種類の鋼板について、予
変形後、塗装焼付けを想定して１７０℃２０分の処理
（ＢＨ処理）を行った後にσd およびσs を測定した。
σd およびσs の測定は、鋼板の圧延方向と平行な方向
を軸とする引張試験により行った。また上記と同様にし
て、図２に示す成形部材を製作し、ＢＨ処理を行った
後、部材吸収エネルギを測定した。予変形は鋼板の圧延
方向と直角方向に単軸引張りにて行い、相当ひずみ量が
表２中の値となるように付加した。
変形後、塗装焼付けを想定して１７０℃２０分の処理
（ＢＨ処理）を行った後にσd およびσs を測定した。
σd およびσs の測定は、鋼板の圧延方向と平行な方向
を軸とする引張試験により行った。また上記と同様にし
て、図２に示す成形部材を製作し、ＢＨ処理を行った
後、部材吸収エネルギを測定した。予変形は鋼板の圧延
方向と直角方向に単軸引張りにて行い、相当ひずみ量が
表２中の値となるように付加した。
【００１８】結果は、表２に示すとおり、いずれの予変
形量においても（σd −σs ）が６０MPa 以上の本発明
例、および（σd −σs ）が（１）式を満足する範囲の
本発明例は、部材吸収エネルギが素材強度から予測され
る値以上を示し、これらの条件を外れた比較例は前記予
測される値未満であった。
形量においても（σd −σs ）が６０MPa 以上の本発明
例、および（σd −σs ）が（１）式を満足する範囲の
本発明例は、部材吸収エネルギが素材強度から予測され
る値以上を示し、これらの条件を外れた比較例は前記予
測される値未満であった。
【００１９】［実施例２］：実部材は種々の変形様式に
より成形されるため、表１の鋼種No．１０および１１に
ついて、予変形を３種類の変形様式により行った結果を
表３に示す。予変形量はいずれも５％とし、鋼板の圧延
方向と直角方向（Ｃ方向）および平行方向（Ｌ方向）に
単軸引張りで行った場合、平面ひずみで行った場合、お
よび等二軸引張りで行った場合を示す。予変形後はＢＨ
処理を行い、ついで鋼板の圧延方向と平行な方向を軸と
する引張試験によりσd およびσs を測定した。
より成形されるため、表１の鋼種No．１０および１１に
ついて、予変形を３種類の変形様式により行った結果を
表３に示す。予変形量はいずれも５％とし、鋼板の圧延
方向と直角方向（Ｃ方向）および平行方向（Ｌ方向）に
単軸引張りで行った場合、平面ひずみで行った場合、お
よび等二軸引張りで行った場合を示す。予変形後はＢＨ
処理を行い、ついで鋼板の圧延方向と平行な方向を軸と
する引張試験によりσd およびσs を測定した。
【００２０】鋼種No．１０の比較例は、（σd −σs ）
が６０MPa 未満の場合があり、かつ（１）式を満足しな
いのに対し、鋼種No．１１の本発明例は、（σd −σs
）が６０MPa 以上であり、かつ（１）式を満足する。
そして、表１および表２に示すのとおり、本発明例のN
o．１１は、素材強度が比較例のNo．１０より低いにも
かかわらず、部材吸収エネルギが高く、素材強度から予
測される値以上である。
が６０MPa 未満の場合があり、かつ（１）式を満足しな
いのに対し、鋼種No．１１の本発明例は、（σd −σs
）が６０MPa 以上であり、かつ（１）式を満足する。
そして、表１および表２に示すのとおり、本発明例のN
o．１１は、素材強度が比較例のNo．１０より低いにも
かかわらず、部材吸収エネルギが高く、素材強度から予
測される値以上である。
【００２１】［実施例３］：ＢＨ処理なしのほかは上記
実施例１と同条件で行った。結果は表４に示すとおり、
いずれの予変形量においても（σd −σs ）が６０MPa
以上の本発明例、および（σd −σs ）が（１）式を満
足する範囲の本発明例は、部材吸収エネルギが素材強度
から予測される値以上を示し、これらの条件を外れた比
較例は前記予測される値未満であった。
実施例１と同条件で行った。結果は表４に示すとおり、
いずれの予変形量においても（σd −σs ）が６０MPa
以上の本発明例、および（σd −σs ）が（１）式を満
足する範囲の本発明例は、部材吸収エネルギが素材強度
から予測される値以上を示し、これらの条件を外れた比
較例は前記予測される値未満であった。
【００２２】なお上記実施例において、表１の鋼種No.
６は冷間圧延により強化したものであり、延性不足によ
り条件を満たさない比較例である。また析出強化型の鋼
種No．７，９，１０のうち、No．７はＳｉの固溶強化に
より低Ｃ化をはかり、第２相の量を減じているので、
（σd −σs ）≧６０MPa を満たす本発明例であるが、
その他は条件を満たさない比較例である。
６は冷間圧延により強化したものであり、延性不足によ
り条件を満たさない比較例である。また析出強化型の鋼
種No．７，９，１０のうち、No．７はＳｉの固溶強化に
より低Ｃ化をはかり、第２相の量を減じているので、
（σd −σs ）≧６０MPa を満たす本発明例であるが、
その他は条件を満たさない比較例である。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】
【表４】
【００２７】
【発明の効果】本発明により、自動車の軽量化と安全性
確保の要求にともに応えることのできる、衝突時の衝撃
吸収能の優れた高強度鋼板を、確実に選定し提供するこ
とができる。
確保の要求にともに応えることのできる、衝突時の衝撃
吸収能の優れた高強度鋼板を、確実に選定し提供するこ
とができる。
【図１】本発明における部材吸収エネルギと素材強度の
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図２】本発明における衝撃吸収エネルギ測定用の成形
部材を示す斜視図である。
部材を示す斜視図である。
１…ハット型部
２…鋼板
３…スポット溶接部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−291361（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−18372（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−207405（ＪＰ，Ａ)
板橋ら，予ひずみを与えられた建築構
造用圧延鋼材ＳＮ490Ｂの高速引張特性,
日本材料学会学術講演会講演論文集，日
本，Ｖｏｌ．46ｔｈ ，1997年 ５月,
Ｐ．291−292
三浦ら，自動車用衝撃吸収高張力鋼板
の開発，まてりあ，1996年 ５月20日,
Ｖｏｌ．35 Ｎｏ．３，Ｐ．570−572
助台ら，低炭素鋼の引張変形挙動と衝
撃値におよぼす低応力振幅予加工の影
響，日本金属学会誌，1986年 ４月，Ｖ
ｏｌ．50 Ｎｏ．４， ｐ．369−373
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 1/00,38/00 - 38/60
Claims (2)
- 【請求項１】 相当ひずみにて０％超〜１０％以下の予
変形を加えたのち、５×１０-4〜５×１０-3(s-1) のひ
ずみ速度で変形したときの準静的変形強度σs と、前記
予変形を加えたのち、５×１０2 〜５×１０3 (s-1) の
ひずみ速度で変形したときの動的変形強度σd との差
（σd −σs ）が６０MPa 以上の条件を満たしているこ
とを特徴とする動的変形特性に優れた高強度鋼板の選定
方法。 - 【請求項２】 相当ひずみにて０％超〜１０％以下の予
変形を加えたのち、５×１０-4〜５×１０-3(s-1) のひ
ずみ速度で変形したときの準静的変形強度σs と、前記
予変形を加えたのち、５×１０2 〜５×１０3 (s-1) の
ひずみ速度で変形したときの動的変形強度σd との差
（σd −σs ）が （σd −σs ）≧４．１×σs 0.8 −σs ……………（１）の条件を 満足する範囲にあることを特徴とする動的変形
特性に優れた高強度鋼板の選定方法。
Priority Applications (18)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19029797A JP3530347B2 (ja) | 1997-07-15 | 1997-07-15 | 動的変形特性に優れた高強度鋼板の選定方法 |
| AU55767/98A AU716203B2 (en) | 1997-01-29 | 1998-01-23 | High strength steels having excellent formability and high impact energy absorption properties, and a method for production the same |
| US09/355,435 US6544354B1 (en) | 1997-01-29 | 1998-01-23 | High-strength steel sheet highly resistant to dynamic deformation and excellent in workability and process for the production thereof |
| KR1019997006826A KR100334948B1 (ko) | 1997-01-29 | 1998-01-23 | 높은 동적 변형저항을 가진 우수한 가공성 고강도 강판 및 그제조방법 |
| CN98802157A CN1072272C (zh) | 1997-01-29 | 1998-01-23 | 冲击能吸收特性和成形良好的高强度钢板及其制造方法 |
| CA002278841A CA2278841C (en) | 1997-01-29 | 1998-01-23 | High strength steels having excellent formability and high impact energy absorption properties, and a method for producing the same |
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