JP4386271B2

JP4386271B2 - ドア部材

Info

Publication number: JP4386271B2
Application number: JP2004175548A
Authority: JP
Inventors: 敬之中原; 昇一甲谷; 昭史平松
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: JP2005350757A

Description

本発明は、住居等のドア部材、特に鍵穴周辺に用いられ、ドリル等の工具によっても穴あけしがたいドア部材に関する。

住宅や事務所には鋼板製のドアが多用されている。従来のドア用材料には、板厚０.６〜１.０ｍｍ程度の普通鋼塗装鋼板が使用されている。普通鋼塗装鋼板は、加工性に優れていることからニーズに合ったドア形状に成形でき、塗装による種々の模様付与も可能である。また、長期にわたって美麗な外観を維持するドア部材として、耐食性に優れた高Ｃｒオーステナイト系ステンレス鋼の使用も検討されている。
ドアには、加工性，意匠性，耐久性の他に外部からの侵入を防止する機能が求められ、従来から、工具類等では容易に開錠できないような錠を改良する工夫がなされている。
しかしながら、近年、開錠防止対策の高度化に対応して、鍵穴周辺のドア部材に電動ドリルで小さな穴を開け、その穴から特殊工具をドア内側まで挿し込んで開錠する手口、あるいはその穴を起点として金切挟を用いて腕が入る程度に穴を大きく拡げた後、穴からドア内側に回した手で開錠する手口等により住居内に不法侵入される事件が急増している。

ドア部材を穴あけしてドア内側から開錠する侵入への対策として、穴あけが困難な材料をドア外板に使用する方法，穴あけし難い部材を鍵穴周辺のドア壁内に組み込んだ構造等が検討されており、難ドリル加工性に優れた鋼板が強く要求されている。
ここで、穴をあける方法としてはドリルを用いる他に、ホールソーや金切鋏などの工具が使用されることも想定されるが、一般的にドリルによる穴あけが最も短時間に実施できることから、ドリルによる穴あけを考慮するという意味で、難ドリル性と記している。
なお、鋼板製ドアの防犯性アップに関しては、開錠するまでに５分以上の時間がかかることを条件として、ドアの開発を進めている。そのような背景のもと、難ドリル加工性に優れる鋼板あるいはドア部品を構成する材料として、現在の段階では「ドリル穴をあけるために従来材の３倍以上の時間を要する」ことが必要とされている。

ドア部材用鋼板への転用が予測される材料として金庫用材料がある。金庫用材料は、難ドリル加工性，難溶断性を改善した材料であり、合金鋼の間にセラミックスをクラッドした材料（特許文献１），難ドリル加工性の低合金工具鋼をオーステナイト系耐熱鋼にクラッドした材料（特許文献２），難ドリル加工性を有するＭｎ鋼板の表面側に難溶断性のステンレス鋼を肉盛りした材料（特許文献３）等が知られている。
特開平６−１６６１３６号公報特開平５−９２２８０号公報特開平９−２１２７６号公報

しかし、何れもクラッドや肉盛りで製品化することから高価な材料であり、セラミックスをクラッドした材料では廃材のリサイクルにも問題がある。
そこで、本発明は、ドア部材を穴あけして内側から開錠する不法侵入に対する防御を図るべく、難ドリル加工性に優れた材料を調査・検討した結果見出されたものであり、製品コストを上げるクラッドや肉盛り等に依ることなく、金属組織や硬さを特定することにより、「ドリル穴をあけるために従来材の３倍以上の時間を要する」ことを満足する難ドリル加工性鋼板からなるドア部材を提供することを目的とする。

本発明のドア部材は、Ｃ：０．３６〜１．０質量％，Ｓｉ：２．０質量％以下，Ｍｎ：０．１〜２．０質量％，Ｐ：０．０５質量％以下，Ｓ：０．０５質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、マルテンサイト組織を呈し、且つ４００ＨＶ以上の母材硬さを有する鋼板からなることを特徴とする。
さらに、Ｃｒ：１．２質量％以下，Ｍｏ：０．５質量％以下，Ｖ：０．５質量％以下，Ｎｂ：０．１質量％以下，Ｔｉ：０．１質量％以下，Ｂ：０．０１質量％以下の１種又は２種以上を含む成分組成を有する鋼板からなるものであってもよい。

本発明により、ドリル穴をあけるために従来材の３倍以上の時間を要する鋼板を、ドア部材の表板や裏板に用いることにより、あるいは鍵穴周辺の表板と裏板間に介在させることにより、鍵穴近傍のドア部材をドリルで穴開けすることは困難となる。また、本発明ドア部材は、成分組成，金属組織及び母材硬さを調整することのみで得られる。したがって、本発明により、防犯効果に優れるドアを、比較的低コストで提供することができる。

本発明者等は、ドリルを用いての鋼板の穴あけ性について鋭意検討した結果、被削材を硬くすることが、穴あけし難い、すなわち難ドリル加工性を向上させる一手法であることを見出した。その理由は、以下のように考えられる。
ドリルでの穴あけが進行する過程では、負荷されたドリル先端が被削材に食い込み、ドリルが回転することにより食い込んだ深さ分だけ削られていく。ところで、ドリルの喰い込み深さは、ビッカース硬度計で硬さを測定する際の圧子の喰い込み深さと対応する。負荷が大きいほど，被削材が軟らかいほど、ドリルの喰い込み深さ，硬さ測定圧子の喰い込み深さは深くなっていく。したがって、被削材が硬質であるほど、喰い込み深さは浅くなり、ドリルでの穴あけは行い難くなることになる。

本発明者等は、成分組成、製造条件を種々変動させることにより硬さを変えた鋼板を実験室的に作製した。そして、それぞれの鋼板にドリルを押し込んだときのドリルの押込み深さを測定した。その結果、図１に示すように、ドリルの押込み深さは、鋼板の硬さが硬いほど少なくなっていた。なお、ドリルの押込み深さの測定は、ドリルを押し込んだ鋼板の断面を、樹脂に埋め込んで研磨し、顕微鏡で観察・測定したものである。また、硬さは、対面角が１３６度のダイヤモンド正四角錘の圧子を備えたビッカース硬度計を用い、荷重９．８Ｎで測定したものである。

次に、それぞれの板厚１．０ｍｍの鋼板にドリルで穴を開け、穴が貫通するまでの時間を調査した。
その結果、図２に示すように、材料の硬さが４００ＨＶを超える材料では、従来材（１７ｓ）の３倍（６０ｓ）以上の貫通時間を要することが明らかとなった。
なお、ドリル穴あけ試験の条件は表１に示す通りであり、用いたドリルはＪＩＳＢ４３０１に規定されている一般的なＨＳＳストレートドリルである。

さらに、上記ドリルの押込み深さと鋼板貫通時間の関係をグラフ化してみると、図３に示すように、ほぼ直線的な関係になっていた。この関係は、ドリル貫通時間が材料の硬さと関係していることを示している。
鋼材を硬くするには、金属組織をマルテンサイト組織にする必要がある。マルテンサイト組織は、焼入れ処理により得られる金属組織であり、ベイナイトやパーライト組織と比べて高い硬さが得られる。また、焼戻し処理を施すときにはセメンタイトの析出を伴うが、このセメンタイトもほぼ均一に微細に析出するため、穴あけ時のドリルへの影響はほとんどない。
したがって、マルテンサイト組織とした鋼板の硬さとドリル貫通時間との間には、硬さとドリル押込み深さの関係で説明できる関係が成り立つ。

次に、本発明のドア部材を構成する鋼板の成分・組成について説明する。
Ｃ：０．２〜１．０質量％
工業上の焼入れ処理により４００ＨＶ以上の硬さを得るために０．２質量％以上のＣを含有させる必要がある。しかし、Ｃ含有量が１．０質量％を超えると硬くなりすぎて焼き割れを起こす恐れがある。したがって、Ｃ含有量は０．２〜１．０質量％の範囲とする。

Ｓｉ：２．０質量％以下
Ｓｉは鋼の脱酸に必要な成分である。また焼戻し時の軟質化を抑制する作用を有している。しかし、２．０質量％を超えて過剰に添加すると、黒鉛が多量に生成して快削性を向上させ、本発明の課題である難ドリル加工性を劣化させることになる。したがって、その上限は２．０質量％とした。

Ｍｎ：０．１〜２．０質量％
Ｍｎは、焼入れ性を向上させる元素であり、その効果を得るためには０．１質量％以上の添加が必要である。しかし、２．０質量％を超えて過剰に添加すると、延性や靭性が著しく低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１〜２．０質量％の範囲とした。
Ｐ：０．０５質量％以下，Ｓ：０．０５質量％以下
鋼には通常Ｐ，Ｓが不純物として含まれるが、これらの元素は靭性に悪影響を与えるので、少なくすることが好ましい。材質上弊害のない水準にするには、Ｐ及びＳ含有量は０.０５質量％以下に規制する。

本発明のドア部材を構成する鋼板には、さらに、必要に応じてＣｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｂ等を添加しても良い。
Ｃｒ：１．２質量％以下
Ｃｒは、鋼材の焼入れ性を高めて硬度を上昇させる成分であるが、過剰添加はベイナイトの生成原因となるので、添加する場合、１．２質量％を上限とする。
Ｍｏ：０．５質量％以下
Ｍｏは、鋼材の焼入れ性を高めて硬度を上昇させる成分である。しかし、高価な元素であり、過剰添加は経済的に不利になる。したがって、添加する場合も０．５質量％以下にする。

Ｖ：０．５質量％以下
Ｖは炭化物生成元素である。通常のオーステナイト化温度では炭化バナジウムは十分に固溶しないため、旧オーステナイト結晶粒径を微細化する作用を有し、靭性を向上させる上で有効である。ドア部材として靭性に優れた材料を用いることにより、加工用ドリルの刃先に溶着しやすくなり、結果的に難ドリル加工性を呈することになる。しかし、高価な元素であり、過剰添加は経済的に不利になる。したがって、添加する場合も０．５質量％以下にする。

Ｎｉ：０．１〜１．０質量％
Ｎｉは、鋼材の焼入れ性を高め、靭性を向上させるに有効な成分である。これらの効果を得るためには０．１質量％の含有が必要である。しかし、過剰に添加してもその効果は飽和し、不経済になることから、添加する場合、０．１〜１．０質量％の範囲とする。
Ｎｂ：０．１質量％以下
Ｎｂは、炭窒化物を形成して高温加熱時の旧オーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有し、靭性を向上させる上で有効である。しかし、０.１質量％で添加効果は飽和し、過剰添加は経済的に不利になる。したがって、添加する場合も０．１質量％以下とする。

Ｔｉ：０．１質量％以下
Ｔｉは、Ｎと結合して窒化物を形成して高温加熱時の旧オーステナイト粒の粗大化を抑制する作用を有し、靭性を向上させる上で有効である。しかし、０.１質量％で添加効果は飽和し、過剰添加は経済的に不利になる。したがって、添加する場合も０．１質量％以下にする。
Ｂ：０．０１質量％以下
Ｂは、焼入れ性を高めるとともに靭性を向上させる上で有効な成分である。しかし、０．０１質量％で添加効果は飽和するので、添加する場合も０．０１質量以下％とする。

上記のように規定された成分組成を有する鋼板を用いて、金属組織がマルテンサイト組織となり、４００ＨＶ以上の母材硬さを有するドア部材の製造方法について簡単に説明する。
一つの方法としては、所定の成分組成を有する鋼板であって、熱処理が施されてマルテンサイト組織を有し母材硬さが４００ＨＶ以上になった鋼板を素材として、切断，穴あけ，曲げ等の加工を施してドア部材を製造する方法が挙げられる。
他の方法としては、焼鈍等を施して軟質な鋼板を得、この鋼板を素材として、切断，穴あけ，曲げ等の加工を施して所定形状のドア部材を形作り、その後に熱処理を施して、所定のマルテンサイト組織と母材硬さを付与する方法が挙げられる。
マルテンサイト組織とし、所定の母材硬さを付与する熱処理は何れの段階で行っても構わないが、金属組織をマルテンサイト組織として硬くすると、加工し難くなるため、実際のドア部材の製造に当っては、後者を採用することが好ましい。なお、熱処理の際に、熱歪みによる変形が起こり易いので、熱歪み対策を施した熱処理を施すことが好ましい。

金属組織をマルテンサイト組織とし、母材硬さを４００ＨＶ以上にするためには、鋼を加熱して高温で一旦オーステナイト組織にした後、焼入れ処理する必要がある。
本発明で規定する範囲の成分組成を有する鋼では、焼入れ温度の範囲は７８０〜９００℃が適正である。また、焼戻し処理を施してもよく、その場合には、５００℃以下、及び１２０分以内の条件下で行うことが好ましい。
上記範囲内で熱処理すると、金属組織がマルテンサイト組織を呈し、母材硬さが４００ＨＶ以上のものが得られる。

表２に示す成分組成を有する鋼の溶製材を用意した。これら仕上げ温度８００〜９００℃，巻取り温度５００〜６００の条件で熱間圧延を行って板厚２．０ｍｍに仕上げた。その後、１０％塩酸溶液に浸漬して表面のスケール除去を行った。
次いで、鋼Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇについては７３０℃で均熱１８時間の焼鈍を行った後、鋼Ａ，Ｂ，Ｃについては焼鈍を行うことなく冷間圧延を行い、板厚１ｍｍに仕上げた。
さらに、鋼Ａは７１０℃で１８時間の焼鈍を行った。鋼Ａ以外は焼入れ処理あるいは焼入れ焼戻し処理を行ってビッカース硬さを３００〜６００Ｈｖとした。焼入れは８５０〜９５０℃で２〜１７分間保持した後約６０℃まで急冷する条件で行い、焼戻しは２００〜６００℃で２〜１８０分保持した後に空冷する条件で行った。

各供試材から試験片を切り出し、硬さを測定するとともにドリル穴あけ試験に供した。
硬さの測定は、対面角が１３６度のダイヤモンド正四角錘の圧子を備えたビッカース硬度計を用い、荷重４．９Ｎで測定した。また、ドリル穴あけ試験では、刃径：１０ｍｍ，先端角：１１８度，溝長：９５ｍｍで新品の汎用ストレートドリル（ＪＩＳＢ４３０１）を用い、前記表１で示したものと同じ条件で、ドリル径と同じ大きさの穴があくまでに要した時間（ドリル貫通時間）を測定した。
なお、穴あけ開始から１２０秒経過した時点でも貫通孔が形成されなかった場合を「貫通せず」と評価した。さらに、現行材相当の鋼Ａのドリル貫通時間が１７秒であったので、その３倍を超える６０秒以上のドリル貫通時間を要するものを、「難ドリル加工性が良好」と評価した。
その調査結果を表３及び図４に示す。

表３及び図４に示す結果にみられるように、請求項の記載で特定した範囲の成分組成と硬さが４００ＨＶ以上の供試材では、いずれも良好な難ドリル加工性を呈していることわかる。
これに対して、Ｂ１，Ｃ１，Ｇ１は焼戻し処理が高温であったり、長時間であったりしたことから、４００ＨＶ以上の硬さが得られず、難ドリル加工性は不十分であった。

鋼板の硬さとドリルの押込み深さの関係を示すグラフ鋼板の硬さとドリル貫通時間の関係を示すグラフドリルの押込み深さとドリル貫通時間の関係を示すグラフ実施例での鋼板の硬さとドリル貫通時間の関係の調査結果を示すグラフ

Claims

Ｃ：０．３６〜１．０質量％，Ｓｉ：２．０質量％以下，Ｍｎ：０．１〜２．０質量％，Ｐ：０．０５質量％以下，Ｓ：０．０５質量％以下を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有し、マルテンサイト組織を呈し、且つ４００ＨＶ以上の母材硬さを有する鋼板からなることを特徴とするドア部材。
さらに、Ｃｒ：１．２質量％以下，Ｍｏ：０．５質量％以下，Ｖ：０．５質量％以下，Ｎｂ：０．１質量％以下，Ｔｉ：０．１質量％以下，Ｂ：０．０１質量％以下の１種又は２種以上を含む成分組成を有する鋼板からなる請求項１記載のドア部材。