JP7124967B2 - 衝撃吸収部材、および、衝撃吸収部材の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、衝撃吸収部材、および、衝撃吸収部材の製造方法に関する。
近年、自動車の燃費向上に寄与する軽量化の観点から車体部材として高強度鋼板の適用が拡大している(例えば、特許文献1~7参照)。
特開2008-144233号公報 WO2018/174082号公報 特開2015-58810号公報 WO2014/077294号公報 特許第6418363号明細書 WO2020/022481号公報 WO2020/071523号公報
乗員の安全確保という目的から、衝突性能の向上が望まれており、高強度を有しながらも自動車の衝突時における衝撃吸収エネルギーをより高くできる素材が求められる。
上記の背景に鑑み、本発明の目的の一つは、衝撃吸収エネルギーを大きくでき、且つ、素材である鋼板を薄くできる衝撃吸収部材、および、衝撃吸収部材の製造方法を提供することにある。
本発明は、下記の衝撃吸収部材、および、衝撃吸収部材の製造方法を要旨とする。
(1)長手方向から見て、屈曲形状に形成された稜線部と、この稜線部から延びる壁部と、を含む衝撃吸収部材であって、
前記壁部において、引張試験での伸びひずみが5%の時の引張応力σとせん断試験でのせん断ひずみが5√3%の時のせん断応力τ5との比σ/τが1.70以下、または、引張試験での伸びひずみが10%の時の引張応力σ10とせん断試験でのせん断ひずみが10√3%の時のせん断応力τ10との比σ10/τ10が1.70以下であり、
前記長手方向から見た前記壁部中央部におけるビッカース硬さHvcが250以上である、衝撃吸収部材。
(2)前記稜線部のビッカース硬さHvrと前記壁部中央部のビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvcが1.05以上である前記(1)に記載の衝撃吸収部材。
(3)前記ビッカース硬さの比Hvr/Hvcが1.10以上である前記(2)に記載の衝撃吸収部材。
(4)前記衝撃吸収部材が、ピラー、サイドシル、または、ルーフサイドレールである前記(1)~前記(3)のいずれか1項に記載の衝撃吸収部材。
(5)前記衝撃吸収部材は、閉断面を有する部材であり、
前記稜線部のビッカース硬さHvrと前記壁部中央部のビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvcが1.10未満である前記(1)に記載の衝撃吸収部材。
(6)前記衝撃吸収部材が、フロントサイドメンバ、クラッシュボックス、リアサイドメンバ、サブフレーム、または、フロアクロスメンバである前記(1)または前記(5)に記載の衝撃吸収部材。
(7)前記衝撃吸収部材の引張強さが780MPa以上である前記(1)~前記(6)の何れか1項に記載の衝撃吸収部材。
(8)鋼板に、下記式(1)を満たす温度T1で、60~900秒保持する熱処理を施す、第1の熱処理工程と、
前記熱処理後の前記鋼板に、冷間塑性加工を施して鋼部材とする、冷間塑性加工工程と、
前記鋼部材に、80~200℃の温度T2で、300~1800秒保持する熱処理を施す、第2の熱処理工程とを備え、
前記鋼板が、マルテンサイトの面積分率が5%以上95%未満であり、引張強さが780MPa以上であり、かつ、厚さ方向断面におけるSi含有量の最大値Cmaxと最小値Cminの比Cmax/Cminが1.25以下である、
衝撃吸収部材の製造方法。
80×Si+100≦T1≦125×Si+250・・・(1)
ただし、上記式(1)中のSiは、前記鋼板中のSi含有量(質量%)を意味する。
(9)前記衝撃吸収部材は、長手方向から見て屈曲形状に形成された稜線部と、この稜線部から延びる壁部と、を含み、
前記冷間塑性加工がフォーム成形である、前記(8)に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
(10)前記衝撃吸収部材は、長手方向から見て屈曲形状に形成された稜線部と、この稜線部から延びる壁部と、を含み、
前記冷間塑性加工がドロー成形である、前記(8)に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
(11)前記鋼板がDual-Phase鋼板である、前記(8)~前記(10)の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
(12)前記第1の熱処理工程を、最終焼鈍後、コイルに巻き取る前の前記鋼板に実施する、前記(8)~前記(11)の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
(13)前記第1の熱処理工程を、最終焼鈍後、コイルに巻き取られ、巻き戻された前記鋼板、または、巻き戻され、曲げ矯正された前記鋼板に実施する、前記(8)~前記(11)の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
(14)前記第1の熱処理工程を、最終焼鈍後、コイルに巻き取られ、巻き戻され、曲げ矯正され、ブランキングされた前記鋼板に実施する、前記(8)~前記(11)の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
本発明によれば、衝撃吸収エネルギーを大きくでき、且つ、素材である鋼板を薄くできる。
図1は、本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部材を有する自動車車体の主要部の模式的な斜視図である。 図2(A)は、フロントサイドメンバの断面図であり、フロントサイドメンバを長さ方向に見た状態を示している。図2(B)は、センターピラーベースの断面図であり、センターピラーベースを高さ方向に見た状態を示している。図2(C)は、センターピラー本体の断面図であり、センターピラー本体を高さ方向に見た状態を示している。 図3は、本実施形態に係る衝撃吸収部材の素材としての高強度鋼板における析出物の析出状態を示すイメージ図である。 図4は、高強度鋼板から衝撃吸収部材を製造する工程を示す模式図であり、高強度鋼板を製造する製鉄所で第1の熱処理工程が行われる場合を示している。 図5は、高強度鋼板から衝撃吸収部材を製造する工程を示す模式図であり、コイルセンターで第1の熱処理工程が行われる場合を示している。 図6は、高強度鋼板から衝撃吸収部材を製造する工程を示す模式図であり、衝撃吸収部材の部品工場(成形工場)で第1の熱処理工程が行われる場合を示している。 図7(A)は、曲げ部品を長手方向と直交する方向から見た側面図であり、図7(B)は、曲げ部品を長手方向から見た図である。 図8(A)は、せん断試験の概要図である。図8(B)は、せん断試験に関する説明図である。 図9(A)は、引張強さと曲げ荷重との関係を示すグラフである。図9(B)は、引張強さと曲げ変形時の衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。 図10(A)は、曲げ部材の長さ垂直方向における当該曲げ部材の変形量(ストローク)と、曲げ部材に生じる荷重との関係の一例を示すグラフである。図10(B)は、曲げ部材の長さ垂直方向における当該曲げ部材の変形量(ストローク)と、曲げ部材の吸収エネルギーとの関係の一例を示すグラフである。 図11(A)は、軸圧潰部品の側面図であり、図11(B)は、図11(A)のXIB-XIB線に沿う断面図である。 図12は、引張強さと軸圧潰変形時の衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。
以下では、まず、本発明を想到するに至った経緯を説明し、次に、実施形態を詳細に説明する。
<本発明を想到するに至った経緯>
自動車車体の軽量化のために、自動車車体を構成する車体部材の薄肉化が進んでいる。車体部材には、衝撃吸収部材が含まれる。衝撃吸収部材は、自動車が物体に衝突したときの衝撃を吸収する部材である。衝撃吸収部材として、軸圧潰部品と、曲げ部品と、を例示できる。
軸圧潰部品は、当該軸圧潰部品の軸方向に圧縮しながら潰れることで、衝撃を吸収する。軸圧潰部品として、フロントサイドメンバ、クラッシュボックス、リアサイドメンバ、サブフレーム、および、フロアクロスメンバを例示できる。
曲げ部品は、当該曲げ部品が曲げ力を受けながら曲げ変形することで、衝撃を吸収する。曲げ部品として、Aピラー、センターピラー(Bピラー)、Cピラー、サイドシル、および、ルーフサイドレールを例示できる。
このような衝撃吸収部材は、冷延鋼板(以下、この鋼板を「高強度鋼板」または「冷間塑性加工用鋼板」ともいう。)を切断し、プレス成形し、塗装し、塗装後に焼付塗装(焼付硬化処理)を行うことで、成形される場合がある。このような衝撃吸収部材の素材である鋼板においては、通常、最終焼鈍の後の熱処理としては、焼付処理が行われる。そして、一般的には、上記最終焼鈍の後に焼戻し処理を行うと、却って焼付硬化量が低下すると考えられていた。しかしながら、本願発明者は、鋭意研究の結果、最終焼鈍の後に一定の条件下で焼戻し処理を行い、その後に焼付硬化処理を行うことで、焼付硬化による硬化量をより大きくできるとの知見を得て、本発明を想到するに至った。
<実施形態の説明>
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
<自動車車体>
図1は、本発明の一実施形態に係る衝撃吸収部材を有する自動車車体100(以下では、単に「車体100」ともいう。)の主要部の模式的な斜視図である。図1を参照して、車体100は、例えば乗用車である。上記乗用車の一例として、セダン型乗用車、クーペ型乗用車、ハッチバック型乗用車、ミニバン型乗用車、SUV(Sport Utility Vehicle)型乗用車等を挙げることができる。
本実施形態では、車体100の車長方向、車幅方向、および、車高方向を、それぞれ、長さ方向X、幅方向Y、および、高さ方向Zという。
車体100は、衝撃吸収部材で且つ軸圧潰部品としてのフロントサイドメンバ1と、クラッシュボックス2と、リアサイドメンバ3と、フロアクロスメンバ4と、サブフレーム5と、を有している。これらの軸圧潰部品は、自動車の衝突時に、当該軸圧潰部品の軸方向に塑性変形して潰れながら縮むことで、衝撃を吸収する。
また、車体100は、衝撃吸収部材で且つ曲げ部品としてのAピラー11と、センターピラー12と、Cピラー13と、サイドシル14と、ルーフサイドレール15と、を有している。これらの曲げ部品は、自動車の衝突時に、曲げ変形(塑性変形)することで、衝撃を吸収する。
なお、軸圧潰部品は、何れも、素材である鋼板から軸圧潰部品に成形されるまでに施される熱処理は互いに同様である。よって、以下では、軸圧潰部品として、フロントサイドメンバ1を例に説明し、他の軸圧潰部品の詳細な説明を省略する。同様に、曲げ部品は、何れも、素材である鋼板から曲げ部品に成形されるまでに施される熱処理は互いに同様である。よって、以下では、曲げ部品としてセンターピラー12を例に説明し他の曲げ部品の詳細な説明を省略する。
<フロントサイドメンバ>
図2(A)は、フロントサイドメンバ1の断面図であり、フロントサイドメンバ1を長さ方向Xに見た状態を示している。図1および図2(A)に示されているフロントサイドメンバ1は、自動車の前方から衝撃荷重を受けたときに、長さ方向Xに沿って潰れるように構成されている。すなわち、フロントサイドメンバ1は、自動車の衝突時、特に前面衝突時における衝撃吸収部材として用いられる。フロアサイドメンバ1は、車体100の前部に左右一対配置されている。
フロントサイドメンバ1は、複数の鋼板を溶接することで形成された、閉断面を有する中空部材であり、長さ方向Xを長手方向として細長い梁状に形成されている。長さ方向Xにおける少なくとも一部において、フロントサイドメンバ1は、長さ方向Xと直交する断面が閉断面を構成している。なお、「閉断面」とは、部材の長手方向の少なくとも一部において、長手方向と直交する断面において、当該部材が無端環状に形成されていることを意味している。この閉断面形状は、例えば矩形形状である。
フロントサイドメンバ1は、幅方向Yにおける当該フロントサイドメンバ1の一方側部分を構成する第1半部20と、幅方向Yにおける当該フロントサイドメンバ1の他方側部分を構成する第2半部30と、を有している。
第1半部20および第2半部30は、それぞれ、鋼板をプレス加工することによって薄板状に形成されている。この鋼板は、好ましくは高強度鋼板であり、この鋼板の引張強さは、好ましくは780MPa以上である。この鋼板は、より好ましくは超高強度鋼板であり、この場合の引張強さは、好ましくは980MPa以上であり、より好ましくは1180MPaであり、さらに好ましくは1470MPa以上である。このように、高強度鋼板で衝撃吸収部材としてのフロントサイドメンバ1を形成することで、フロントサイドメンバ1の板厚を薄くしつつ、十分な衝撃吸収エネルギーを発生できる。
第1半部20および第2半部30は、それぞれ、長さ方向Xから見てハット形形状に形成されている。第1半部20と第2半部30とは、フランジ結合によって一体化されることでフロントサイドメンバ1を形成している。なお、第1半部20および第2半部30の何れかが、長さ方向Xから見て曲げられていない平板状に形成されていてもよい。また、長さ方向Xから見て環状(例えば、矩形等の多角環状、円環状、または、楕円状等)に形成された管状部材によって第1半部20および第2半部30が一体成形されていてもよい(例えば、後述の図11(B)参照)。なお、以下では、特に説明無き場合、フロントサイドメンバ1は、長さ方向Xから見た状態を基準に説明する。
第1半部20は、第1壁部21と、一対の第1稜線部22,22と、一対の第2壁部23,23と、一対の第2稜線部24,24と、一対のフランジ25,25と、を有している。
第1壁部21は、本実施形態では、縦壁であり、第1半部20のハット形状における天井壁であり、高さ方向Zに真っ直ぐに延びている。高さ方向Zにおける第1壁部21の一対の端部に、一対の第1稜線部22,22が連続している。第1稜線部22は、本実施形態では、長さ方向Xから見て屈曲形状に形成されており、所定の曲率半径を有している。第1稜線部22は、第1壁部21から第2壁部23に向かうに従い幅方向Yの内側を向くように進んでいる。一対の第1稜線部22,22に、一対の第2壁部23,23が連続している。本実施形態では、第2壁部23は、横壁であり、第1半部20のハット形状においては天井壁(第1壁部21)とフランジ25とを繋ぐ縦壁であり、長さ方向Xに見て、幅方向Yに真っ直ぐに延びている。なお、一対の第2壁部23,23は、幅方向Yにおけるフロントサイドメンバ1の中央側に進むに従い互いの間隔が拡がるようにテーパ状に延びていてもよい。
幅方向Yにおける一対の第2壁部23の車両内側端部に、一対の第2稜線部24,24が連続している。第2稜線部24は、本実施形態では、長さ方向Xから見て屈曲形状に形成されており、所定の曲率半径を有している。一方の第2稜線部24は、対応する第2壁部23から上方に進んでいる。他方の第2稜線部24は、対応する第2壁部23から下方に進んでいる。
上記の構成において、第1稜線部22と第1壁部21との境界、および、第1稜線部22と第2壁部23との境界は、長さ方向Xに見て曲率半径が変化する部分である。同様に、第2稜線部24と第2壁部23との境界、および、第2稜線部24とフランジ25との境界は、長さ方向Xに見て曲率半径が変化する部分である。
上記の構成により、第1稜線部22から第1壁部21および第2壁部23が延びているとともに、第2稜線部24から第2壁部23およびフランジ25が延びている。
第2半部30は、第1壁部31と、一対の第1稜線部32,32と、一対の第2壁部33,33と、一対の第2稜線部34,34と、一対のフランジ35,35と、を有している。
第2半部30は、本実施形態では、第1半部20とは幅方向Yに対称な形状に形成されている。このため、第2半部30の各部の説明を省略する。第1半部20と第2半部30とは、一対のフランジ25,25と一対のフランジ35,35とが接合されて互いに固定されている。一対のフランジ25,25と一対のフランジ35,35の接合方法は、スポット、レーザ、アーク等の溶接、リベット、かしめ、ボルト締結等の機械接合、および、接着剤等による接着を含む。
本実施形態のフロントサイドメンバ1に関して、フロントサイドメンバ1の壁部、つまり第1壁部21、一対の第2壁部23,23、または一対のフランジ25,25において、引張試験での伸びひずみが10%の時の引張応力σ10とせん断試験でのせん断ひずみが10√3%(約17.32%)の時のせん断応力τ10との比σ10/τ10は1.70以下となる。第1半部20が焼付硬化性に優れた鋼板を用いて形成されていると、上記の比σ10/τ10は1.70以下となる。その結果、耐衝突性能(例えば、耐軸圧壊性能など)が高まる。せん断ひずみが伸びひずみの√3倍であるときにおける比σ10/τ10が採用されている理由は、引張試験での公称ひずみ(伸びひずみ)を、von Misesの降伏条件にしたがって、(引張試験と同じ相当ひずみの)せん断試験でのせん断ひずみに変換すると、換算係数は√3となるためである。本明細書では、特記なき場合「応力」は、公称応力、すなわち、(荷重/初期試験片断面積)をいう。
本実施形態では、フロントサイドメンバ1を構成する第1半部20は、焼付硬化性が高い冷延鋼板を用いて製造されている。このため、焼付硬化熱処理により、硬度又は強度がより高められた壁部おける比σ10/τ10は1.70以下となる。このような特性を有する鋼板は、後で詳細に説明するように、製造プロセスを適正化することにより、製造されることができる。必要に応じて、この比σ10/τ10の上限を1.65、1.60、1.56又は1.53としてもよい。この比σ10/τ10の下限を特に定める必要はないが、1.10、1.20または1.30としてもよい。
なお、ひずみが大きくなるにしたがってσ/τ比は低下するため、後述する「比σ/τが1.70以下である場合、比σ10/τ10も1.70以下となる。このため、比σ10/τ10を1.70以下とすることを、比σ/τを1.70以下とすることに変更してもよい。
また、フロントサイドメンバ1では、第1壁部21の中央部27におけるビッカース硬さHvc250以上、すなわち、Hvc≧250である。本明細書でのビッカース硬さは、JIS Z 2244:2009 ビッカース硬さ試験に則った硬さをいう。ここでのビッカース硬さは、試験力が4.903N(0.5kgf)でのビッカース硬さであるHV0.5であり、5点測定しその平均値を試験結果とする。中央部27は、一対の第1稜線部22,22の間の壁部である第1壁部21の中央部である。フロントサイドメンバ1を構成する鋼板の引張強さが780MPaとすることにより、Hvc≧250を実現できる。換言すれば、Hvc≧250であることにより、フロントサイドメンバ1を構成する鋼板の引張強さが780MPaであると推定できる。必要に応じて、Hvcの下限を270、290、310又は340としてもよい。Hvcの上限を特に定める必要はないが、500、450、410又は370としてもよい。
また、フロントサイドメンバ1では、第1稜線部22におけるビッカース硬さHvrと、この第1稜線部22に連続する第1壁部21の中央部27におけるビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvcが1.10未満である。この比Hvr/Hvcを1.10未満にすることにより耐軸圧潰に寄与する材料を担保でき、衝突性能が高まる。この比Hvr/Hvcは、より好ましくは1.09未満、1.07未満又は1.06未満である。なお、この比Hvr/Hvcは1.00以上であることが好ましい。この比Hvr/Hvcが1.00未満であると、第1稜線部22と中央部27に顕著な強度差が存在するため、その境界で破断し易い。そのため、この比は1.00以上であることが望ましい。必要に応じて、この比の下限を1.02又1.04としてもよい。
なお、上記第1半部20の壁部での引張応力σ10とせん断応力τ10との比σ10/τ10の関係は、第2半部30の第1壁部31、一対の第2壁部33,33、または一対のフランジ35,35での引張応力σ10とせん断応力τ10との比σ10/τ10の関係にも同様に成立する。また、上記第1稜線部22と第1壁部21の中央部27におけるビッカース硬さの比Hvr/Hvcは、第2半部30における第1稜線部32と第1壁部31の中央部37におけるビッカース硬さの比Hvr/Hvcの関係にも同様に成立する。
以上説明したように、フロントサイドメンバ1は、(a1)壁部(第1壁部21、一対の第2壁部23,23、または一対のフランジ25,25など)において比σ10/τ10≦1.70とすることと、(a2)第1壁部21の中央部27におけるビッカース硬さHvc≧250にすることとの条件を満たし、より好ましい構成として、(a3)第1稜線部22のビッカース硬さHvrと第1壁部21の中央部27のビッカース硬さとの比Hvr/Hvc<1.10とすることの3つの条件全てを満たしている。この構成によると、引張強さ780MPa以上の自動車用鋼板として好適な焼付硬化性に優れている冷延鋼板を用いてフロントサイドメンバ1が製造されると(焼付熱処理を含む。)、前記のσ/τ比特性(比σ10/τ10≦1.70)満たすようになり、フロンサイドメンバ1の耐衝突性能(耐軸圧壊特性)が高くなる。この効果は、フロントサイドメンバ1が、第1半部20と同様の構成を有する第2半部30と第1半部20とを用いて形成されていることで、より高くなる。
以上が、フロントサイドメンバ1の概略構成である。次に、センターピラー12の構成を説明する。
<センターピラー>
センターピラー12は、自動車の側方から衝撃荷重を受けたときに、幅方向Yにおける車両中心側に向けて変形するように構成されている。すなわち、センターピラー12は、自動車の衝突時、特に側面衝突時における衝撃吸収部材として用いられる。センターピラー12は、長さ方向Xにおける自動車のキャビンの略中央において車体100に左右一対配置されている。センターピラー12は、サイドシル14とルーフサイドレール15とに接合されている。
センターピラー12は、複数の鋼板を溶接することで形成された、閉断面を有する中空部材であり、高さ方向Zを長手方向として細長い柱状に形成されている。高さ方向Zにおける少なくとも一部において、センターピラー12は、高さ方向Zと直交する断面が閉断面を構成している。この閉断面形状は、例えば矩形形状である。
センターピラー12は、サイドシル14に接合されたセンターピラーベース16と、このセンターピラーベース16から上方に延びルーフサイドレール15に接合されたセンターピラー本体17と、を有している。
図2(B)は、センターピラーベース16の断面図であり、センターピラーベース16を高さ方向Zに見た状態を示している。図2(B)では、図2(B)におけるセンターピラーベース16の断面よりも奥側の部分の図示は省略している。図1および図2(B)を参照して、センターピラーベース16は、センターピラー12のうちの下部寄りの部分に形成されており、高さ方向Zにおいて、例えば、サイドシル14の上部位置からフロアクロスメンバ4の上端の高さ位置にかけて延びている。センターピラーベース16は、サイドシル14およびセンターピラー本体17のそれぞれと、フロントサイドメンバ1において上述した接合方法と同様の方法で接合固定されている。
センターピラーベース16は、サイドシル14とセンターピラー本体17によって両端支持されており、これらサイドシル14とセンターピラー本体17の間の支持スパンSP1が、相対的に短くされている。このため、センターピラーベース16は、側面衝突時において、高さ方向Zと直交する断面での閉断面形状が潰れるような変形を生じる。
センターピラーベース16は、幅方向Yにおける当該センターピラーベース16の外側部分を構成する第3半部40と、幅方向Yにおける当該センターピラーベース16の内側部分を構成する第4半部50と、を有している。
第3半部40および第4半部50は、それぞれ、鋼板をプレス加工することによって薄板状に形成されている。この鋼板は、好ましくは高強度鋼板である。この鋼板の引張強さは、上述したフロントサイドメンバ1における引張強さと同様に設定されており、好ましくは780MPa以上であり、より好ましくは1470MPa以上である。このように、高強度鋼板で衝撃吸収部材としてのセンターピラー12を形成することで、センターピラー12の板厚を薄くしつつ、十分な衝撃吸収エネルギーを発生できる。
第3半部40および第4半部50は、それぞれ、高さ方向Zから見てハット形形状に形成されている。第3半部40と第4半部50とは、フランジ結合によって一体化されることでセンターピラーベース16を形成している。なお、第3半部40および第4半部50の何れかが、高さ方向Zから見て曲げられていない平板状に形成されていてもよい。また、高さ方向Zから見て環状(例えば、矩形等の多角環状、円環状、または、楕円状等)に形成された管状部材によって第3半部40および第4半部50が一体成形されていてもよい(例えば、後述の図11(B)参照)。なお、以下では、特に説明無き場合、センターピラー12は、高さ方向Zから見た状態を基準に説明する。
第3半部40は、第1壁部41と、一対の第1稜線部42,42と、一対の第2壁部43,43と、一対の第2稜線部44,44と、一対のフランジ45,45と、を有している。
第1壁部41は、本実施形態では、センターピラーベース16の外壁である。長さ方向Xにおける第1壁部41の一対の端部に、一対の第1稜線部42,42が連続している。第1稜線部42は、本実施形態では、高さ方向Z方向Xから見て屈曲形状に形成されており、所定の曲率半径を有している。第1稜線部42は、第1壁部41から第2壁部43に向かうに従い幅方向Yの内側を向くように進んでいる。一対の第1稜線部42,42に、一対の第2壁部43,43が連続している。本実施形態では、一対の第2壁部43は、前壁および後壁であり、幅方向Yに延びている。なお、一対の第2壁部23,23は、幅方向Yにおける自動車の中央側に進むに従い互いの間隔が拡がるようにテーパ状に延びていてもよい。
幅方向Yにおける一対の第2壁部43の車両内側端部に、一対の第2稜線部44,44が連続している。第2稜線部44は、本実施形態では、高さ方向Zから見て屈曲形状に形成されており、所定の曲率半径を有している。一方の第2稜線部44は、対応する第2壁部43から前方に進んでいる。他方の第2稜線部24は、対応する第2壁部23から後方に進んでいる。
上記の構成において、第1稜線部42と第1壁部41との境界、および、第1稜線部42と第2壁部43との境界は、高さ方向Zに見て曲率半径が変化する部分である。同様に、第2稜線部44と第2壁部43との境界、および、第2稜線部44とフランジ45との境界は、高さ方向Zに見て曲率半径が変化する部分である。
上記の構成により、第1稜線部42から第1壁部41および第2壁部43が延びているとともに、第2稜線部44から第2壁部43およびフランジ45が延びている。
第4半部50は、第1壁部51と、一対の第1稜線部52,52と、一対の第2壁部53,53と、一対の第2稜線部54,54と、一対のフランジ55,55と、を有している。
第4半部50は、本実施形態では、第3半部40とは幅方向Yに略対称な形状に形成されている。このため、第4半部50の各部の説明を省略する。第3半部40と第4半部50とは、一対のフランジ45,45と一対のフランジ55,55とが接合されて互いに固定されている。一対のフランジ45,45と一対のフランジ55,55の接合方法は、フロントサイドメンバ1において上述した接合方法と同様である。
センターピラーベース16では、第3半部40の壁部、つまり、第1壁部41、一対の第2壁部43,43、または一対のフランジ45,45において、引張試験での伸びひずみが5%の時の引張応力σとせん断試験でのせん断ひずみが5√3%(約8.66%)の時のせん断応力τとの比σ/τは1.70以下となる。ひずみが大きくなるにしたがってσ/τ比は低下するため、比σ/τが1.70以下である場合、第3半部40の壁部における比σ10/τ10も1.70以下となる。第3半部40が焼付硬化性の低い冷延鋼板を用いて製造された場合、この比σ/τも1.70を超える結果となる。この場合、材料が塑性変形せずすぐ破断してしまい、部材としての十分な耐衝突性能(例えば、耐曲げ性能)が得られなくなる。このため、この比σ/τを1.70以下とする。
本実施形態では、センターピラーベース16を構成する第3半部40は、焼付硬化性が高い冷延鋼板を用いて製造されている。このため、焼付硬化熱処理により、硬度又は強度がより高められた壁部おける比σ/τは1.70以下となる。このような特性を有する冷延鋼板は、後で詳細に説明するように、製造プロセスを適正化することにより、製造されることができる。なお、必要に応じて、この比σ/τの上限を1.65、1.60、1.56又は1.53としてもよい。この比σ/τの下限を特に定める必要はないが、1.10、1.20または1.30としてもよい。
また、センターピラーベース16の第3半部40では、第2壁部43の中央部47におけるビッカース硬さHvcが250以上、すなわち、Hvc≧250である。中央部47は、第1稜線部42と、フランジ45に連続する第2稜線部44と、の間の壁部である第2壁部43の中央部である。第3半部40を構成する鋼板の引張強さが780MPaとすることにより、Hvc≧250を実現できる。換言すれば、Hvc≧250であることにより、第3半部40を構成する鋼板の引張強さが780MPaであると推定できる。必要に応じて、Hvcの下限を270、290、310又は340としてもよい。Hvcの上限を特に定める必要はないが、500、450、410又は370としてもよい。
また、センターピラーベース16では、第3半部40の第1稜線部42におけるビッカース硬さHvrと、この第1稜線部42に連続する第2壁部43の中央部47におけるビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvcが1.05以上である。この比Hvr/Hvcを1.05以上にすることにより、加工硬化が高くでき、曲げ変形に寄与する材料の強度を担保でき、衝突性能が高まる。この比Hvr/Hvcを1.07以上、1.09以上又は1.10以上にすることにより、より衝突性能を高めることができる。この比Hvr/Hvcを1.12以上、1.14以上又は1.15以上とすることがより好ましい。なお、この比Hvr/Hvcが1.30を超えると、第1稜線部42と中央部47に顕著な強度差が存在するため、その境界で破断し易い。そのため、この比Hvr/Hvcは1.30以下であることが望ましい。必要に応じて、この比の上限を1.25又1.20としてもよい。
なお、上記第3半部40の壁部での引張応力σとせん断応力τとの比σ/τの関係は、第4半部50の壁部、つまり、第1壁部51、一対の第2壁部53,53、または一対のフランジ55,55での引張応力σとせん断応力τとの比σ/τの関係にも同様に成立してもよいし、成立しなくてもよい。同様に、第3半部40における第1稜線部42と第2壁部43の中央部47におけるビッカース硬さの比Hvr/Hvcは、第4半部50における第1稜線部52と第2壁部53の中央部57におけるビッカース硬さの比Hvr/Hvcの関係にも成立してもよいし、成立しなくてもよい。なぜなら、センターピラーベース16においては、第3半部40および第4半部50のうち、主に第4半部50が衝撃荷重を受けて曲げ変形を生じるため、第4半部50には、第3半部40ほどの高い衝撃吸収性能は要求されないためである。つまり、本実施形態では、センターピラーベース16の少なくとも片側の半部(具体的には、幅方向Yにおける当該センターピラーベース16の外側部分を構成する第3半部40)が、上記特性(後述の(b1)および(b2)など)を満たしていればよい。
以上説明したように、センターピラーベース16の(b1)壁部(第1壁部41、一対の第2壁部43,43、または一対のフランジ45,45など)において比σ/τ≦1.70とすることと、(b2)第2壁部43の中央部47におけるビッカース硬さHvc≧250とすることの条件を満たし、より好ましい構成として、(b3)第1稜線部42のビッカース硬さHvrと第2壁部43の中央部47のビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvc≧1.05とすることの3つの条件全てを満たしている。この構成によると、引張強さ780MPa以上の自動車用鋼板として好適な焼付硬化性に優れている冷延鋼板を用いてセンターピラーベース16が製造されると(焼付熱処理を含む。)、前記のσ/τ比特性(比σ/τ≦1.70)満たすようになり、センターピラーベース16の耐衝突性能(耐曲げ特性)が高くなる。
以上が、センターピラーベース16の概略構成である。次に、センターピラー本体17の構成を説明する。
図2(C)は、センターピラー本体17の断面図であり、センターピラー本体17を高さ方向Zに見た状態を示している。図2(C)では、図2(C)におけるセンターピラー本体17の断面よりも奥側の部分の図示は省略している。図1および図2(C)を参照して、センターピラー本体17は、センターピラー12のうちの中間部および上部として設けられており、高さ方向Zにおいて、例えば、フロアクロスメンバ4の上端の高さ位置からルーフサイドレール15にかけて延びている。センターピラー本体17は、センターピラーベース16およびルーフサイドレール15のそれぞれと、フロントサイドメンバ1において上述した接合方法と同様の方法で接合固定されている。
センターピラー本体17は、センターピラーベース16とルーフサイドレール15によって両端支持されており、これらセンターピラー本体17とルーフサイドレール15の間の支持スパンSP2が、相対的に長くされている。このため、センターピラー本体17は、側面衝突時において、幅方向Yの内側に凸となる弓なり形状に曲げ変形する。
側面衝突時において、センターピラー本体17における衝撃吸収エネルギーは、曲げ変形によって生じるほうが、閉断面形状の潰れる変形によって生じるよりも大きい。一方、センターピラーベース16における衝撃吸収エネルギーは、曲げ変形によって生じるよりも、閉断面形状の潰れる変形によって生じるほうが大きい。このように、側面衝突時における衝撃吸収の態様は、センターピラーベース16は、とセンターピラー本体17とで異なっている。このような態様の違いは、高さ方向Zにおけるセンターピラーベース16の長さとセンターピラー本体17の長さとの違いに起因している。センターピラー本体17の長さは、センターピラーベース16の長さよりも長い。
センターピラー本体17は、幅方向Yにおける当該センターピラー本体17の外側部分を構成する第5半部60と、幅方向Yにおける当該センターピラー本体17の内側部分を構成する第6半部70と、を有している。
第5半部60および第6半部70は、それぞれ、鋼板をプレス加工することによって薄板状に形成されている。この鋼板は、好ましくは高強度鋼板である。この鋼板の引張強さは、上述したフロントサイドメンバ1における引張強さと同様に設定されており、好ましくは780MPa以上であり、より好ましくは、1470MPa以上である。センターピラー本体17を構成する鋼材の引張強さは、好ましくは、センターピラーベース16を構成する鋼材の引張強さよりも大きい。
第5半部60および第6半部70は、それぞれ、高さ方向Zから見てハット形形状に形成されている。第5半部60と第6半部70とは、フランジ結合によって一体化されることでセンターピラー本体17を形成している。なお、第5半部60および第6半部70の何れかが、高さ方向Zから見て曲げられていない平板状に形成されていてもよい。また、高さ方向Zから見て環状(例えば、矩形等の多角環状、円環状、または、楕円状等)に形成された管状部材によって第5半部60および第6半部70が一体成形されていてもよい(例えば、後述の図11(B)参照)。
第5半部60は、第1壁部61と、一対の第1稜線部62,62と、一対の第2壁部63,63と、一対の第2稜線部64,64と、一対のフランジ65,65と、を有している。
第1壁部61は、本実施形態ではセンターピラー本体17の外壁である。長さ方向Xにおける第1壁部61の一対の端部に、一対の第1稜線部62,62が連続している。第1稜線部62は、本実施形態では、高さ方向Zから見て屈曲形状に形成されており、所定の曲率半径を有している。第1稜線部62は、第1壁部61から第2壁部63に向かうに従い幅方向Yの内側を向くように進んでいる。一対の第1稜線部62,62に、一対の第2壁部63,63が連続している。本実施形態では、一対の第2壁部63,63は、前壁および後壁であり、幅方向Yに延びている。なお、一対の第2壁部63,63は、幅方向Yにおける自動車の中央側に進むに従い互いの間隔が拡がるようにテーパ状に延びていてもよい。
幅方向Yにおける一対の第2壁部63の車両内側端部に、一対の第2稜線部64,64が連続している。第2稜線部64は、本実施形態では、高さ方向Zから見て屈曲形状に形成されており、所定の曲率半径を有している。一方の第2稜線部64は、対応する第2壁部63から前方に進んでいる。他方の第2稜線部64は、対応する第2壁部63から後方に進んでいる。
上記の構成において、第1稜線部62と第1壁部61との境界、および、第1稜線部62と第2壁部63との境界は、高さ方向Zに見て曲率半径が変化する部分である。同様に、第2稜線部64と第2壁部63との境界、および、第2稜線部64とフランジ65との境界は、高さ方向Zに見て曲率半径が変化する部分である。
上記の構成により、第1稜線部62から第1壁部61および第2壁部63が延びているとともに、第2稜線部64から第2壁部63およびフランジ65が延びている。
第6半部70は、第1壁部71と、一対の第1稜線部72,72と、一対の第2壁部73,73と、一対の第2稜線部74,74と、一対のフランジ75,75と、を有している。
第6半部70は、本実施形態では、第1半部60とは幅方向Yに略対称な形状に形成されている。このため、第2半部70の各部の説明を省略する。第1半部60と第2半部70とは、一対のフランジ65,65と一対のフランジ75,75とが接合されて互いに固定されている。一対のフランジ65,65と一対のフランジ75,75の接合方法は、フロントサイドメンバ1において上述した接合方法と同様である。
センターピラー本体17では、第5半部60の壁部、つまり、第1壁部61、一対の第2壁部63,63、または一対のフランジ65,65において、引張試験での伸びひずみが5%の時の引張応力σとせん断試験でのせん断ひずみが5√3%(約8.66%)の時のせん断応力τとの比σ/τが1.70以下となる。ひずみが大きくなるにしたがってσ/τ比は低下するため、比σ/τが1.70以下である場合、第5半部60における比σ10/τ10も1.70以下となる。第5半部60が焼付硬化性の低い鋼板を用いて製造された場合、この比σ/τも1.70を超える結果となる。この場合、材料が塑性変形せずすぐ破断してしまい、部材としての十分な耐衝撃性能(例えば、耐曲げ性能)が得られなくなる。このため、この比比σ/τを1.70以下とする。
本実施形態では、センターピラー本体17を構成する第5半部60は、焼付硬化度が高い冷延鋼板を用いて製造されている。このため、焼付硬化熱処理により、硬度又は強度がより高められた壁部おいて、比σ/τ≦1.70となる。このような特性を有する鋼板は、後で詳細に説明するように、製造プロセスを適正化することにより、製造されることができる。なお、必要に応じて、この比σ/τの上限を1.65、1.60、1.56又は1.53としてもよい。この比σ/τの下限を特に定める必要はないが、1.10、1.20または1.30としてもよい。
また、センターピラー本体17の第5半部60では、第2壁部63の中央部67におけるビッカース硬さHvcが250以上、すなわち、Hvc≧250である。中央部67は、第1稜線部62と、フランジ65に連続する第2稜線部64と、の間の壁部である第2壁部63の中央部である。第5半部60を構成する鋼板の引張強さが780MPaとすることにより、Hvc≧250を実現できる。換言すれば、Hvc≧250であることにより、第5半部60を構成する鋼板の引張強さが780MPaであると推定できる。必要に応じて、Hvcの下限を270、290、310又は340としてもよい。Hvcの上限を特に定める必要はないが、500、450、410又は370としてもよい。
また、センターピラー本体17では、第5半部60の第1稜線部62におけるビッカース硬さHvrと、この第1稜線部62に連続する第2壁部63の中央部67におけるビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvcが1.05以上である。この比Hvr/Hvcを1.05以上にすることにより、加工硬化が高くでき、曲げ変形に寄与する材料の強度を担保でき、衝突性能が高まる。この比Hvr/Hvcを1.07以上、1.09以上又は1.10以上にすることにより、より衝突性能を高めることができる。なお、センターピラー12において、センターピラー本体17は、高さ方向Zにおける支持スパンが長い長スパン部材であるため、撓み量が大きくなり、その結果、第1稜線部62の特性が衝撃吸収性能に特に影響する。このため、センターピラー本体17におけるこの比Hvr/Hvcは、より好ましくは、1.10以上である。この比Hvr/Hvcを1.12以上、1.14以上又は1.15以上とすることがより一層好ましい。なお、この比Hvr/Hvcは、1.30以下であることが好ましい。この比Hvr/Hvcが1.3を超えると、第1稜線部61と中央部67に顕著な強度差が存在するため、その境界で破断し易い。そのため、この比Hvr/Hvcは1.30以下であることが望ましい。必要に応じて、この比の上限を1.25又1.20としてもよい。
なお、上記第5半部60の壁部での引張応力とせん断応力との比σ/τの関係は、第6半部70の壁部、つまり、第1壁部71、一対の第2壁部73,73、または一対のフランジ75,75での引張強応力とせん断応力との比σ/τの関係にも同様に成立してもよいし、成立しなくてもよい。同様に、第5半部60における第1稜線部62と第2壁部63の中央部67におけるビッカース硬さの比Hvr/Hvcは、第6半部70における第1稜線部72と第2壁部73の中央部77におけるビッカース硬さの比Hvr/Hvcの関係にも成立してもよいし、成立しなくてもよい。なぜなら、センターピラー本体17においては、第1半部60および第2半部70のうち、主に第1半部60が衝撃荷重を受けて曲げ変形を生じるため、第2半部70には、第1半部60ほどの高い衝撃吸収性能は要求されないからである。つまり、本実施形態では、センターピラー本体17の少なくとも片側の半部(具体的には、幅方向Yにおける当該センターピラー本体17の外側部分を構成する第5半部60)が、上記特性(後述の(c1)および(c2)など)を満たしていればよい。
以上説明したように、センターピラー本体17の第5半部60は、(c1)壁部(第1壁部61、一対の第2壁部63,63、または一対のフランジ65,65など)において比σ/τ≦1.70とすることと、(c2)第2壁部63の中央部67におけるビッカース硬さHvc≧250にすることの条件を満たし、より好ましい構成として、(c3)第1稜線部62のビッカース硬さHvrと第2壁部63の中央部67のビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvc≧1.05とすることの3つの条件全てを満たしている。この構成によると、引張強さ780MPa以上の自動車用鋼板として好適な焼付硬化性に優れている冷延鋼板を用いてセンターピラー本体17が製造されると(焼付熱処理を含む。)、前記のσ/τ比特性(比σ/τ≦1.70)満たすようになり、センターピラー本体17の耐衝突性能(耐曲げ特性)が高くなる。
以上が、センターピラー12の概略構成である。次に、衝撃吸収部材の軸圧潰部品としてのフロントサイドメンバ1の製造方法と、衝撃吸収部材の曲げ部品としてのセンターピラー12の製造方法と、を説明する。
<衝撃吸収部材の素材である高強度鋼板>
本実施形態のフロントサイドメンバ1およびセンターピラー12等の衝撃吸収部材の材料である高強度鋼板(冷間塑性加工用鋼板)および製品であるフロントサイドメンバ1およびセンターピラー12は、引張強さ780MPa以上、かつ、鋼板の厚さ方向断面におけるSi含有量の最大値Cmax(単位:質量%)と最小値Cmin(単位:質量%)の比Cmax/Cminが1.25以下である。
(引張強度:780MPa以上)
上記の組成及び組織を有する本実施形態の高強度鋼板によれば、高い引張強度、具体的には780MPa以上の引張強度を達成することができる。ここで、引張強度を780MPa以上とするのは、自動車車体の軽量化の要求を満たすためである。引張強度は好ましくは1300MPa以上であり、より好ましくは1470MPa以上である。
(Si含有量の比Cmax/Cminが1.25以下)
高強度鋼板の厚さ方向断面におけるSi含有量の最大値Cmaxと最小値Cminの比Cmax/Cminは、1.25以下とする。より好ましくはCmax/Cminは1.22以下、1.18以下または1.15以下である。Cmax/Cminが1.25以下である場合、Siの偏析を制御することができて、組織が均一になり、下記に示す鉄炭化物等の析出物を均一に析出させることができるため、焼付硬化性を高めることができる。
Cmax/Cminで示されるSiの偏析度合いは次のようにして測定する。鋼板についてその圧延方向が法線方向となる面(すなわち鋼板の厚さ方向断面)を観察できるように調整した後、鏡面研磨し、EPMA(電子プローブマイクロアナライザ)装置により、該鋼板の厚さ方向断面において鋼板の表面から鋼板の厚み1/4分進んだ箇所での100μm×100μmの範囲について、鋼板の厚さ方向に沿って片面側から他面側に向かって0.5μm間隔で200点のSi含有量を測定する。同じ100μm×100μmの範囲内のほぼ全領域をカバーするように別の4ライン上で同様な測定を行い、全5ライン上で測定された合計1000点のSi含有量の中で、最高値をSi含有量の最大値Cmax(質量%)とし、最低値をSi含有量の最小値Cmin(質量%)として、比Cmax/Cminを算出する。Cmax/Cminの下限は1.00である。
なお、衝撃吸収部材の素材である高強度鋼板が比Cmax/Cminが1.25以下であるため、その素材から製造された衝撃吸収部材においても比Cmax/Cminが1.25以下となる。
上記高強度鋼板は、マルテンサイトを含む鋼板である。その鋼板の一例として、Dual-Phase鋼板(複合組織鋼板、DP鋼板)がある。DP鋼は、マルテンサイトとフェライトがモザイク状に分布しており、変態強化した硬い部分と変態強化されていない軟らかい部分が共存している。そして、DP鋼を高強度鋼板として用いると、冷間塑性加工(プレス成形加工)による変形が、軟らかい組織であるフェライトで主に生じる。本実施形態においては、DP鋼板とは、その金属組織が、面積率で、マルテンサイトが5%以上95%未満であり、フェライトが5%以上95%未満であり、マルテンサイトとフェライトの合計が85~100%であり、残部組織がベイナイト、残留オーステナイト、パーライトである鋼板を意味する。必要に応じて、マルテンサイトの下限を10%、20%、30%、35%または40%としてもよく、マルテンサイトの上限を90%、80%、70%、65%または60%としてもよく、フェライトの下限を10%、20%、30%、35%または40%としてもよく、フェライトの上限を90%、80%、70%、65%または60%としてもよく、マルテンサイトとフェライトの合計の下限を90%または95%としてもよく、残部組織中の残留オーステナイトを0%、パーライトを0%としてもよい。なお、上記高強度鋼板は、少なくともマルテンサイトが含まれていればよく、DP鋼以外の鋼が用いられてもよい。
次に、上記高強度鋼板の好ましい化学組成について説明する。以下の説明において、高強度鋼板に含まれる各元素の含有量の単位である「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。
(C:0.02%~0.40%)
Cは、固溶炭素量を高め、焼付硬化性を高める作用を有する。また、焼き入れ性を高め、マルテンサイト組織に含有させることにより強度を高める作用を有する。C含有量は0.02%未満であれば、鉄炭化物等の炭化物を析出させたときに十分な固溶炭素量が確保できず、焼付硬化量が減少する。よって、C含有量は0.02%以上とし、好ましくは0.10%以上または0.20%以上とするのがよい。一方、C含有量が0.40%超では、焼鈍後の冷却において不完全なマルテンサイト変態が起こり、残留オーステナイト分率が高くなってしまう。また、強度が高すぎて成形性が担保できない。従って、C含有量は0.40%以下とするのがよく、好ましくは0.35%以下または0.30%以下とする。
(Si:0.01%~3.00%)
Siは転位セルを抑制するための鉄炭化物等の析出物を微細かつ大量に析出するために必要な元素である。Si含有量が0.50%未満では、偏析を均一構造にしたとしても、十分な作用効果が得られず、粗大な析出物が生成してしまい、転位セルの形成を抑制できない。よって、Si含有量は0.01%以上、より好ましくは0.05%以上、0.40%以上または0.80%以上とするのがよい。一方、Si含有量が3.00%超では、析出物を微細かつ大量に析出させる効果は飽和してしまい徒にコストを上昇させたり、表面性状が劣化したりしてしまう。従って、Si含有量は3.00%以下とし、好ましくは2.50%または2.00%以下とするのがよい。
(Mn:0.50%~5.00%)
Mnは焼き入れ性向上元素であり、冷却速度を限定せずマルテンサイト組織を生成するために必要な元素である。この作用を有効に発揮するには、Mn含有量は0.50%以上とし、好ましくは1.00%以上または1.80%以上とするのがよい。しかし、過剰のMnの含有は、MnSの析出により低温靱性が低下するため、5.00%以下、好ましくは4.50%以下または3.50%以下とするのがよい。
(P:0.100%以下)
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、P含有量は低ければ低いほどよい。特に、P含有量が0.100%超で、溶接性の低下が著しい。従って、P含有量は0.100%以下とするのがよく、好ましくは0.030%以下とする。P含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、P含有量の下限は0%であるが、P含有量は0.0001%以上としてもよい。また、Pは強度の向上に寄与するため、このような観点から、P含有量は0.0001%以上としてもよい。
(S:0.010%以下)
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、S含有量は低ければ低いほどよい。S含有量が高いほど、MnSの析出量が増加し、低温靭性が低下する。特に、S含有量が0.010%超で、溶接性の低下及び低温靱性の低下が著しい。従って、S含有量は0.010%以下とするのがよく、好ましくは0.003%以下とする。S含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、S含有量の下限は0%であるが、S含有量は0.0001%以上としてもよい。
(Al:0.001%~2.000%)
Alは、脱酸に対して効果を有する。以上のような作用を有効に発揮させるため、Al含有量は0.001%以上とし、好ましくは0.010%以上とするのがよい。一方、Al含有量が2.000%超では、溶接性が低下したり、酸化物系介在物が増加して表面性状が劣化したりする。従って、Al含有量は2.000%以下、好ましくは1.000%以下、0.100%以下または0.050%以下とするのがよい。
(N:0.010%以下)
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、N含有量は低ければ低いほどよい。特に、N含有量が0.010%超で、溶接性の低下が著しい。従って、N含有量は0.010%以下とし、好ましくは0.006%以下または0.005%以下とするのがよい。N含有量の低減にはコストがかかり、0.0001%未満まで低減しようとすると、コストが著しく上昇する。このため、N含有量の下限は0%であるが、N含有量は0.0001%以上としてもよい。
本実施形態の高強度鋼板の基本成分組成は上記の通りである。さらに本実施形態の高強度鋼板は、必要に応じて、以下の任意元素を含有していてもよい。これらの元素は任意元素であり、その下限はすべて0%である。
(Ti:0~0.100%、Nb:0~0.100%、V:0~0.100%、Ti、NbおよびVから選択される一種以上:合計で0~0.100%)
Ti、Nb及びVは強度の向上に寄与する。従って、Ti、Nb若しくはV又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Ti、Nb若しくはVの含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は、好ましくは0.003%以上とする。一方、Ti、Nb若しくはVの含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量が0.100%超では、熱間圧延及び冷間圧延が困難になる。従って、Ti含有量、Nb含有量若しくはV含有量、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は0.100%以下とするのがよく、これらの上限を0.060%または0.040%としてもよい。つまり、各成分単独の場合の制限範囲を、Ti:0.003%~0.100%、Nb:0.003%~0.100%、及びV:0.003%~0.100%とすると共に、これらを任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.003~0.100%とすることが好ましい。
(Cu:0~1.00%、Ni:0~1.00%、Mo:0~1.00%、Cr:0~1.00%、Cu、Ni、MoおよびCrから選択される一種以上:合計で0~1.00%)
Cu、Ni、Mo及びCrは強度の向上に寄与する。従って、Cu、Ni、Mo、若しくはCr又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。特に、Cr、Moは焼き入れ性元素であり、Mnだけで補えない場合のマルテンサイト組織を生成する効果を有する。この効果を十分に得るために、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量は、各成分単独の場合、0.005~1.00%が好ましい範囲であり、これらの2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.005%以上1.00%以下が満たされることが好ましい。一方、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量、又はこれらの2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量が1.00%超では、上記作用による効果が飽和して、徒にコストが高くなる。従って、Cu、Ni、Mo及びCrの含有量、又はこれらの2種以上を任意に組み合わせた場合の合計含有量の上限は1.00%とするのがよく、これらの上限を0.50%または0.30%としてもよい。つまり、Cu:0.005%~1.00%、Ni:0.005%~1.00%、Mo:0.005%~1.00%、及びCr:0.005%~1.00%とすると共に、これらを任意に組み合わせた場合の合計含有量においても、0.005~1.00%であることが好ましい。
(W:0~0.005%、Ca:0~0.005%、Mg:0~0.005%、REM:0~0.010%、W、Ca、Mgの合計含有量:合計で0~0.010%)
W、Ca、Mg及びREMは介在物の微細分散化に寄与し、靭性を高める。従ってW、Ca、Mg若しくはREM又はこれらの任意の組み合わせが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、W、Ca、Mg及びREM、又はこれらの2種以上の任意の組み合わせの合計含有量は、好ましくは0.0003%以上とするのがよい。一方、W、Ca、Mg及びREMの合計含有量が0.010%超では、表面性状が劣化する。従って、W、Ca、Mg及びREMの合計含有量は0.010%以下とするのがよい。つまり、W:0.005%以下、Ca:0.005%以下、Mg:0.005%以下、REM:0.010%以下であって、これらの任意の2種以上の合計含有量が0.0003~0.010%であることが好ましい。
REM(希土類金属)はSc、Y及びランタノイドの合計17種類の元素を指し、「REM含有量」はこれら17種類の元素の合計の含有量を意味する。ランタノイドは、工業的には、例えばミッシュメタルの形で添加される。
(B:0~0.0300%)
Bは焼き入れ性向上元素であり、マルテンサイト組織形成に有用な元素である。Bは0.0003%(3ppm)または0.0010%(10ppm)以上含有させるとよい。しかし、Bを0.0300%(300ppm)を超えて含有すると上記効果が飽和してしまい、経済的に無駄であるため、B含有量は0.0300%以下とするのがよく、好ましくは0.0250%以下または0.0050%以下である。
本実施形態に係る高強度鋼板において、上記成分以外の残部はFe及び不純物からなる。ここで、不純物とは、高強度鋼板を工業的に製造する際に、鉱石やスクラップ等のような原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る高強度鋼板に対して意図的に添加した成分でないものを意味する。
次に、本実施形態に係る衝撃吸収部材の素材である高強度鋼板の組織について説明する。以下、組織要件について説明するが、組織分率に係る%は「面積率」を意味する。本実施形態では、高強度鋼板の金属組織は、面積率で、マルテンサイトが5%以上95%未満である。なお、マルテンサイト以外の金属組織は、面積率で、フェライトが5%以上95%未満であり、マルテンサイトとフェライトの合計が85~100%であり、残部組織がベイナイト、残留オーステナイト、パーライトであることが好ましい。必要に応じて、マルテンサイトの下限を10%、20%、30%、35%または40%としてもよく、マルテンサイトの上限を90%、80%、70%、65%または60%としてもよく、フェライトの下限を10%、20%、30%、35%または40%としてもよく、フェライトの上限を90%、80%、70%、65%または60%としてもよく、マルテンサイトとフェライトの合計の下限を90%または95%としてもよく、残部組織中の残留オーステナイトを0%、パーライトを0%としてもよい。
(マルテンサイト:5%以上95%未満)
本実施形態では、マルテンサイトが面積率で5%以上確保されていることが好ましい。これにより、十分な固溶炭素を確保することができ、その結果として焼付硬化性を高めることができる。このような効果を一層高めるためには、マルテンサイトが面積率で10%以上確保されることが推奨される。
本発明において、マルテンサイトの面積率の測定は、以下のように行われる。まず、高強度鋼板又は衝撃吸収部材の圧延方向及び板厚方向に平行な断面を有する試料(ただし、衝撃吸収部材における圧延方向は不明であり、板厚方向に平行な断面であればよい。)を採取し、当該断面を研磨により鏡面に仕上げた面を観察面とする。この観察面のうち、鋼板表面から鋼板の厚さ(以下、「鋼板の厚さ」を「板厚」という。)の1/4の位置を中心とした100μm×100μmの領域を観察領域とする。この観察領域をナイタール試薬で腐食する。腐食された観察領域を電界放射型走査型電子顕微鏡(FE-SEM:Field Emission- Scanning Electron Microscope)の2次電子像で1000~5000倍にて観察する。この観察領域において、組織内部に含まれるセメンタイトの位置およびセメンタイトの配列から、以下のようにして、マルテンサイトを同定する。
本実施形態においては、後述のとおり、高強度鋼板では、あるいは、この高強度鋼板にさらに冷間塑性加工、第1の熱処理工程および第2の熱処理工程が施されている衝撃吸収部材では、マルテンサイトラスの内部に析出物が析出する。このため、高強度鋼板においては、マルテンサイトラスの内部に析出物が析出していない「焼入れままのマルテンサイト」は殆どなく、多くのマルテンサイトには、マルテンサイトラスの内部に析出物が存在する。ここで、マルテンサイトラスと析出物との結晶方位関係が2種類以上あるため、生成した析出物は複数のバリアントを持つ。これら析出物の特徴を検出することにより、各組織を同定し、面積率を算出する。なお、上記の析出物がセメンタイトであることを確認する必要がある場合には、必要に応じて、数個の析出物をSEM-EDS(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)などで分析し、析出物がセメンタイトであることを確認してもよい。さらに、バリアントの解析では析出物の大きさに応じて、TEM-EBSD(電子後方散乱回折型透過型電子顕微鏡:Transmission Electron Microscope- Electron Back Scattered Diffraction Pattern)あるいはSEM-EBSD(電子後方散乱回折型走査型電子顕微鏡:Scanning Electron Microscope-Electron Back Scattered Diffraction Pattern)による結晶方位の測定を行ってもよい。
高強度鋼板において、「焼き入れままのマルテンサイト」を含むマルテンサイトの面積率を厳密に測定したい場合、上記観察面と同様の観察面をレペラ液でエッチングする。レペラ液による腐食では、焼き入れままのマルテンサイトおよび残留オーステナイトは腐食されない。そのため、レペラ液によって腐食された観察領域をFE-SEMで観察し、腐食されていない領域を焼き入れままのマルテンサイトおよび残留オーステナイトとする。そして、このようにして同定される「焼き入れままのマルテンサイト」および残留オーステナイトの合計面積率を算出する。
次に、X線回折法により、残留オーステナイトの面積率を測定する。具体的には、高強度鋼板の表面から板厚の1/4の位置面を露出させる。そして、このようにして露出した面にMoKα線を照射し、bcc相の(200)面、(211)面、および、fcc相の(200)面、(220)面、(311)面の回折ピークの積分強度比を求める。この回折ピークの積分強度比から、残留オーステナイトの体積率を算出できる。この算出方法としては、一般的な5ピーク法を用いることができる。このようにして求めた残留オーステナイトの体積率を残留オーステナイトの面積率と見なす。「焼き入れままのマルテンサイト」および残留オーステナイトの合計面積率から、このようにして測定された残留オーステナイトの面積率を差し引くことにより、「焼入れままマルテンサイト」の面積率を算出することができる。このようにして算出された「焼入れままのマルテンサイト」を前述の(マルテンサイトラスに析出物が析出している)マルテンサイトの面積率と合計して、マルテンサイトの面積率としてもよい。
ただし、本発明の衝撃吸収部材には、高強度鋼板に第1の熱処理工程及び第2の熱処理工程が施されている。このため、衝撃吸収部材の金属組織には、マルテンサイトラスの内部に析出物が析出していない「焼入れままのマルテンサイト」は含まれない。したがって、衝撃吸収部材のマルテンサイトの面積率の測定時には、前述のようなレペラ液による腐食及びX線回折などを行う必要はない。
本実施形態では、マルテンサイト組織が含まれていればよく、ベイナイト、フェライト、パーライト、残留オーステナイトのいずれかもしくは複数含んでいてよい。すなわち、本実施形態では、各組織の分率のうち少なくともマルテンサイト分率が存在することが必須である。なお、高強度鋼板または衝撃吸収部材において、残留オーステナイトの面積率の測定方法は前述した通りである。また、ベイナイト、フェライトおよびパーライトの面積率を測定する場合、以下の方法による。
(ベイナイト)
ベイナイトの面積率を測定する場合、前述の(マルテンサイトラスに析出物が析出している)マルテンサイトの面積率の測定方法と同様に、ナイタール試薬で腐食された観察領域のFE-SEMの2次電子像による1000~5000倍の観察において、組織内部に含まれる析出物の位置および析出物の配列から、以下のようにして、ベイナイトを同定し、その面積率を測定する。
ベイナイトは、ラス状の結晶粒の集合であり、内部に長径20nm以上の鉄系炭化物もしくは残留オーステナイトを含まないもの、または、内部に長径20nm以上の鉄系炭化物もしくは残留オーステナイトを含み、この炭化物が、単一のバリアント、即ち、同一方向に伸張した鉄系炭化物群に属するものである。ここで、同一方向に伸長した鉄系炭化物群とは、鉄系炭化物群の伸長方向の差異が5°以内であるものをいう。ベイナイトは、方位差15°以上の粒界によって囲まれたベイナイトを1個のベイナイト粒として数える。なお、必要に応じて、TEM-EBSDあるいはSEM-EBSDによる鉄炭化物およびベイナイト中のbcc組織の結晶方位の測定や、SEM-EDSなどの方法により析出物の元素分析などを行い、析出物がセメンタイトであることを確認してもよい。
(フェライトおよびパーライト)
フェライトおよびパーライトの面積率を測定する場合、以下の方法による。まず、前述のマルテンサイトの面積率の測定と同様に、高強度鋼板又は衝撃吸収部材の圧延方向および板厚方向に平行な断面を有する試料を採取し、当該断面を研磨により鏡面に仕上げた面を観察する。この観察面のうち、鋼板表面から鋼板の厚さの1/4の位置を中心とした100μm×100μmの領域を観察領域とする。この観察領域をFE-SEMによって1000~5000倍で観察し、電子チャンネリングコントラスト像を得る。電子チャンネリングコントラスト像は、結晶粒の結晶方位差をコントラストの差として表示する像である。この電子チャンネリングコントラスト像において均一なコントラストの領域がフェライトであり、その面積率を求める。
続いて、上記観察面をナイタール試薬で腐食する。腐食された観察面のうち、鋼板表面から厚さの1/4の位置を中心とした100μm×100μmの領域を観察領域とする。この観察領域をFE-SEMの2次電子像で1000~5000倍にて観察し、観察像において白いコントラストで認められるセメンタイトが、列状あるいは層状に並んだ領域がパーライトであり、その面積率を求める。
なお、第1の熱処理工程及び第2の熱処理工程により、高強度鋼板に微量存在する可能性がある「焼入れままのマルテンサイト」が、前述の(マルテンサイトラスに析出物が析出している)マルテンサイトに変化することを除き、各金属組織の面積率の変化はない。このため、高強度鋼板のフェライト、パーライト、ベイナイトおよび残留オーステナイトの面積率は、衝撃吸収部材の各金属組織の面積率と同じと見做すことができる。また、前述のとおり「焼入れままのマルテンサイト」の面積率は0%であるか、または極めて微量であるため、高強度鋼板でのマルテンサイトの面積率の測定結果を、衝撃吸収部材でのマルテンサイトの面積率と見做してもよい。
<高強度鋼板の製造方法>
次に、本実施形態の衝撃吸収部材の素材としての高強度鋼板の好ましい製造方法について説明する。
以下の説明は、本実施形態の高強度鋼板を製造するための特徴的な方法の例示を意図するものであって、高強度鋼板を以下に説明するような製造方法によって製造されるものに限定することを意図するものではない。
本実施形態の高強度鋼板の好ましい製造方法は、上で説明した化学成分組成を有する溶鋼を鋳造してスラブを形成する工程、
前記スラブを1050℃以上1250℃以下の温度域で粗圧延する粗圧延工程であって、前記粗圧延が1パス当たりの圧下率が30%以下のリバース圧延を2パス以上、16パス以下で偶数回行うことを含み、1往復する際の2パス間の圧下率差が20%以下であり、1往復内の偶数回の圧下率が奇数回の圧下率より5%以上高く、前記粗圧延の後5秒以上保持される粗圧延工程、
粗圧延された鋼板を850℃以上1050℃以下の温度域で仕上げ圧延する仕上げ圧延工程であって、前記仕上げ圧延が4つ以上の連続する圧延スタンドで行われ、第一スタンドの圧下率が15%以上であり、仕上げ圧延された鋼板が400℃以下の温度域で巻き取られる仕上げ圧延工程、
得られた熱延鋼板を15%以上45%以下の圧下率で冷間圧延する冷間圧延工程、および、
得られた冷延鋼板を10℃/秒以上の平均加熱速度で昇温してAc超Ac未満℃の温度域で10~1000秒間保持し、次いで10℃/秒以上の平均冷却速度で70℃以下まで冷却する焼鈍工程、
を含む。以下、各工程について説明する。
(スラブの形成工程)
先ず、上で説明した高強度鋼板の化学成分組成を有する溶鋼を鋳造し、粗圧延に供するスラブを形成する。鋳造方法は、通常の鋳造方法でよく、連続鋳造法、造塊法などを採用できるが、生産性の点で、連続鋳造法が好ましい。
(粗圧延工程)
スラブを、粗圧延の前に、1000℃以上1300℃以下の溶体化温度域に加熱するのが好ましい。加熱保持時間は特に規定しないが、スラブ中心部まで所定の温度にするために、加熱温度に30分間以上保持することが好ましい。加熱保持時間は、過度のスケールロスを抑制するため、10時間以下が好ましく、5時間以下がより好ましい。鋳造後のスラブの温度が1050℃以上1250℃以下であれば、該温度域に加熱保持せず、そのまま粗圧延に供し、直送圧延又は直接圧延を行ってもよい。
次に、スラブにリバース圧延で粗圧延を施すことで、スラブの形成工程において凝固時に形成したスラブ中のSi偏析部を、一方向に伸びる板状の偏析部にすることなく、均一構造にすることができる。このような均一構造を有するSi含有量分布の形成についてより詳しく説明すると、まず、粗圧延を開始する前のスラブにおいては、Si等の合金元素が濃化した部分が、スラブの両方の表面から内部に向かって櫛状の形態でほぼ垂直に複数並んでいる状態になっている。
一方、粗圧延では、圧延の1パスごとに、スラブの表面は圧延の進行方向に伸ばされることとなる。なお、圧延の進行方向とは、圧延ロールに対してスラブが進行していく方向である。そして、このようにスラブの表面が圧延の進行方向に伸ばされることにより、スラブの表面から内部に向かって成長しているSi偏析部は、圧延の1パスごとにスラブの進行方向に傾斜した状態にされる。
ここで、粗圧延の各パスにおけるスラブの進行方向が常に同じ方向であるいわゆる一方向圧延の場合、Si偏析部は、ほほ真っ直ぐな状態を保ったまま、パスごとに同じ方向に向かって徐々に傾斜が強くなっていく。そして、粗圧延の終了時には、Si偏析部は、ほぼ真っ直ぐな状態を保ったまま、スラブの表面に対してほぼ平行な姿勢となり、扁平なミクロ偏析が形成されてしまう。
一方、粗圧延の各パスにおけるスラブの進行方向が交互に反対の方向となるリバース圧延の場合は、直前のパスで傾斜させられたSi偏析部が、次のパスでは逆の方向に傾斜させられることとなり、その結果、Si偏析部は折れ曲がった形状となる。このため、リバース圧延においては、交互に反対の方向となる各パスが繰り返し行われることにより、Si偏析部が交互に折れ曲がったジグザグ形状となる。
このように交互に折れ曲がったジグザグ形状が複数並ぶと、板状のミクロ偏析は消失し、均一に入り組んだSi含有量分布となる。このような構造をとることにより、後工程での熱処理によってSiがさらに拡散しやすくなり、より均一なSi含有量を有する熱延鋼板を得ることができる。なお、上記のリバース圧延により、鋼板全体にわたって均一に入り組んだSi含有量分布となるため、このような均一構造は、圧延方向に平行な板厚断面だけでなく、圧延方向が法線となる板厚断面においても同様に形成される。
粗圧延温度域が1050℃未満であると、粗圧延の最終パスにおいて、850℃以上で仕上げ圧延を完了することが難しくなり、形状不良となるので、粗圧延温度域は1050℃以上が好ましい。より好ましくは1100℃以上である。粗圧延温度域が1250℃を超えると、スケールロスが増大する上、スラブ割れが発生する懸念が生じるので、粗圧延温度域は1250℃以下が好ましい。
粗圧延における1パス当たりの圧下率が30%を超えると、圧延時の剪断応力が大きくなって、Si偏析部が不均一になり、均一構造にすることができない。したがって、粗圧延における1パス当たりの圧下率は30%以下とする。圧下率が小さいほど、圧延時の剪断歪みが小さくなり、均一構造にできるので、圧下率の下限は特に定めないが、生産性の観点から、10%以上が好ましい。
Si含有量分布を均一構造にするためには、リバース圧延は2パス以上が好ましく、より好ましくは4パス以上である。ただし、16パスを超えて施すと十分な仕上げ圧延温度を確保することが難しくなるので、16パス以下とする。また、進行方向が互いに反対の方向となる各パスは、同じ回数ずつ行われること、すなわち合計のパス回数を偶数回とすることが望ましい。しかしながら、一般の粗圧延ラインでは、粗圧延の入側と出側はロールを挟んで反対側に位置する。このため、粗圧延の入側から出側に向かう方向のパス(圧延)が一回多くなる。そうすると、最後のパス(圧延)でSi偏析部が扁平な形状となり、均一構造が形成されにくくなる。このような、熱間圧延ラインで粗圧延をする場合には、最後のパスはロール間を開けて圧延を省略することが好ましい。
リバース圧延において、1往復の圧延に含まれる2パス間の圧下率に差があると、形状不良が生じやすく、またSi偏析部が不均一になり、均一構造にすることができない。そのため、粗圧延時、リバース圧延の1往復に含まれる2パス間の圧下率差は9~20%以下とする。好ましくは10%以上である。
後述するように、再結晶組織を微細化するためには、仕上げ圧延におけるタンデムの多段圧延が有効であるが、タンデム圧延によって、扁平なミクロ偏析が形成されやすくなる。タンデムの多段圧延を利用するためには、リバース圧延における偶数回の圧下率を奇数回の圧下率より大きくし、その後のタンデム圧延で形成されるミクロ偏析を制御しなければならない。その効果はリバース圧延の1往復において、偶数回(復路)の圧下率が奇数回(往路)の圧下率より5%以上高くなると顕著になる。そのため、リバース圧延の1往復において、偶数回の圧下率が奇数回の圧下率より5%以上高くすることが好ましい。
粗圧延におけるリバース圧延によって生成したSiの複雑構造をオーステナイト粒界移動によって均一にするためには、粗圧延から仕上げ圧延までに5秒以上保持することが好ましい。
(仕上げ圧延工程)
粗圧延におけるリバース圧延の後、仕上げ圧延におけるタンデム圧延の圧下率を大きくすることによって、デンドライト二次アームに起因するSi偏析帯の間隔を狭小化するために、仕上げ圧延は4つ以上の連続する圧延スタンドで行われることが好ましい。仕上げ圧延温度が850℃未満であると、再結晶が十分に起きず、圧延方向に延伸した組織となり、後工程で、延伸組織に起因した板状組織が生成するので、仕上げ圧延温度は850℃以上が好ましい。より好ましくは900℃以上である。一方、仕上げ圧延温度が1050℃を超えると、オーステナイトの微細な再結晶粒が生成しにくくなり、粒界のSi偏析が困難となり、Si偏析帯が扁平となりやすくなる。そのため、仕上げ圧延温度は1050℃以下が好ましい。なお、適正温度であれば、必要に応じて、粗圧延された鋼板を粗圧延工程の後でかつ仕上げ圧延工程の前に加熱してもよい。さらに、仕上げ圧延の第一スタンドの圧下率を15%以上にすると、再結晶粒が多量に生成し、その後の粒界移動によって、Siが均一に分散しやすくなる。このように、粗圧延工程だけでなく、仕上げ圧延工程を限定することによって、扁平なSiのミクロ偏析を抑制できる。
巻取温度が400℃を超えると、内部酸化によって表面性状が低下するので、巻取温度は400℃以下が好ましい。鋼板組織を、マルテンサイト又はベイナイトの均質組織とすると、焼鈍で、均質な組織を形成し易いので、巻取温度は300℃以下がより好ましい。
(冷間圧延工程)
仕上げ圧延工程において得られた熱延鋼板を、酸洗後、冷間圧延に供し、冷延鋼板とする。マルテンサイトのラスを維持するため、圧下率は15%以上45%以下が好ましい。なお、酸洗は、通常の酸洗でよい。
(焼鈍工程)
上記冷間圧延工程を経て得られた鋼板に、焼鈍処理を施す。焼鈍温度での加熱は、10℃/秒以上の平均加熱速度で昇温し、Ac超Ac未満℃の温度域で、10~1000秒加熱保持とする。この温度範囲と焼鈍時間は、鋼板を所望のオーステナイト分率とするためのものである。保持温度がAc℃以上又は焼鈍時間が1000秒超になると、オーステナイト粒径が粗大化し、ラス幅が大きいマルテンサイトになってしまい、靱性が低下する。従って、焼鈍温度はAc超Ac未満、焼鈍時間は10~1000秒とする。
なお、Ac点およびAc点は次の式により計算する。下記式における元素記号には当該元素の質量%を代入する。含有しない元素については0質量%を代入する。
Ac1=751-16×C+35×Si―28×Mn-16×Ni+13×Cr-6×Cu+3×Mo
Ac=881-335×C+22×Si―24×Mn-17×Ni-1×Cr-27×Cu+41×Mo
焼鈍温度保持後、冷却は5℃/秒以上の平均冷却速度で行う。組織を凍結し、マルテンサイト変態を効率的に引き起こすためには、冷却速度は速いほうがよい。ただし、5℃/秒未満ではマルテンサイトが十分に生成せず、所望の組織に制御できない。よって、5℃/秒以上とする。焼鈍保持後、上記冷却速度を保持できれば、冷却途中にめっき工程を付加してもよい。
冷却停止温度は250~600℃、好ましくは400~600℃、より好ましくは430~470℃とする。これは、冷却によって5%以上95%未満のマルテンサイトを生成させるためである。冷却停止温度を400~600℃とすると、マルテンサイト分率を90%以下とすることができる。一方、600℃より高い温度で冷却停止すると、面積率で5%以上のマルテンサイトを確保することができなくなる。また、冷却停止温度を250℃より低い温度とすると、マルテンサイト分率が95%以上となり、本願の適用範囲外となる。そのため、マルテンサイト分率を本願の範囲、5%以上95%未満とすることができるように、冷却停止温度は250~600℃、好ましくは400~600℃、より好ましくは430~470℃とする。このような冷却停止温度とすることで、フェライト変態開始後にマルテンサイト変態が行われる。平均冷却速度で5℃/秒以上での250~600℃への冷却後は、通常の空冷(例えば、冷却速度で1℃/秒以下)で室温まで冷却する。ただし、後述の高強度鋼板の製造工場で第1の熱処理を行う場合、平均冷却速度で5℃/秒以上での250~600℃への冷却後は、10秒以上1000秒以下保持された後、後述の第1の熱処理が行なわれる。
なお、特許文献6として挙げたWO2020/022481号公報に記載の鋼板と本願の鋼板とでは、冷却停止温度が異なっている。上記文献に記載の鋼板の冷却停止温度(100℃以下)と比べて、本願の鋼板の冷却停止温度(250~600℃)は、より高い。特許文献6によると、マルテンサイトを面積率で95%以上とするためには、冷却停止温度は100℃以下とする必要があるが、本願のようにマルテンサイトを面積率で95%未満とするためには、250~600℃という高い冷却停止温度とする必要がある。
このようにして、本発明の実施形態に係る高強度鋼板を製造することができる。本発明の実施形態に係る高強度鋼板は、冷間塑性加工用鋼板であるとして説明してきた。前記の製造条件が満たされる限り、冷間塑性加工用鋼板に、溶融めっき(合金化溶融めっきを含む。)を施してもよい。しかしながら、冷間圧延後に溶融めっきが施された鋼板つまり、溶融めっき鋼板または合金化溶融めっき鋼板を排除し、冷間塑性加工用鋼板だけとしてもよい。
<高強度鋼板から衝撃吸収部材を製造する方法>
次に、上記の焼鈍工程(最終焼鈍)を経て完成した高強度鋼板から衝撃吸収部材(フロントサイドメンバ1およびセンターピラー12)を製造する方法の一例を説明する。なお、以下では、衝撃吸収部材としてフロントサイドメンバ1およびセンターピラー12を総称していうときに、「衝撃吸収部材1,12」ともいう。
本実施形態における、高強度鋼板から衝撃吸収部材1,12を製造する好ましい方法は、最終焼鈍後の高強度鋼板に冷間塑性加工を施して、衝撃吸収部材1,12を製造する方法である。
この方法は、
鋼板に、下記式(1)を満たす温度T1で、60~900秒保持する熱処理を施す、第1の熱処理工程と、
前記熱処理後の前記鋼板に、冷間塑性加工を施して鋼部材とする、冷間塑性加工工程と、
前記鋼部材に、80~200℃の温度T2で、300~1800秒保持する熱処理を施す、第2の熱処理工程とを含み、
前記鋼板が、面積分率で5%以上95%未満のマルテンサイトを含み、引張強さ780MPa以上、かつ、板の厚さ方向断面におけるSi含有量の最大値Cmax(単位:質量%)と最小値Cmin(単位:質量%)の比Cmax/Cminが1.25以下である、
衝撃吸収部材の製造方法である。
80×Si+100≦T1≦125×Si+250・・・(1)
ただし、上記式(1)中のSiは、前記鋼板中のSi含有量(質量%)を意味する。本実施形態では、第1の熱処理の鋼板は、Dual-Phase鋼板としてもよい。
以下、各工程について、上述した製造方法によって製造された高強度鋼板110から衝撃吸収部材1,12を製造する流れに沿って説明する。
図4~図6は、それぞれ、高強度鋼板110から衝撃吸収部材1,12を製造する工程を示す模式図である。図4は、高強度鋼板110を製造する製鉄所101で第1の熱処理工程が行われる場合を示している。図5は、コイルセンター102で第1の熱処理工程が行われる場合を示している。図6は、衝撃吸収部材1,12の部品工場103(成形工場)で第1の熱処理工程が行われる場合を示している。
<高強度鋼板の製造工場で第1の熱処理工程が行われる場合>
図4を参照して、高強度鋼板110の製鉄所101は、例えば、高炉または電炉を用いて生成された溶鋼から高強度鋼板110を製造する製鉄所である。最終焼鈍を施された高強度鋼板110は、巻き取られてコイル111となる前に、製鉄所101に設置された加熱炉112において、第1の熱処理工程を施される。第1の熱処理工程は、例えば焼戻し工程である。
加熱炉112における高強度鋼板110の温度T1は、上述した式(1)の範囲に設定される。第1の熱処理工程における温度T1が上記の下限以上であることにより、析出物の長径が0.05μm以上であるという効果を得られる。また、温度T1が上記の上限以下であることにより、個数密度が高く、析出物の長径が0.60μm以下であるという効果を得られる。
第1の熱処理工程では、高強度鋼板110は、上記式(1)の範囲内での一定の温度T1で、60~900秒保持される。第1の熱処理工程における温度T1の保持時間が上記の下限以上であることにより、安定的に鉄炭化物を析出させる効果を得られる。また、温度T1の保持時間が上記の上限以下であることにより、個数密度が高く、析出物の長径が0.60μm以下であるという効果を得られる。次に、第1の熱処理の後に発現する高強度鋼板110の性質について、説明する。
(長径が0.05~0.60μmでアスペクト比1:3以上の析出物が30個/μm2以上の個数密度)
本実施形態では、第1の熱処理によって、長径が0.05μm以上0.60μm以下でアスペクト比1:3以上の析出物を30個/μm2以上の個数密度有する高強度鋼板110を得ることが可能となる。本実施形態において、アスペクト比とは、析出物の最も長い径(長径)とそれに直交する当該析出物の径のうち最も長い径(短径)との比を言うものである。なお、析出物としては、上記の長径及びアスペクト比の要件を満たすものであればよく特に限定されないが、例えば、炭化物等が挙げられる。とりわけ、本実施形態では、析出物は鉄炭化物を含むかまたは鉄炭化物からなる場合がある。本実施形態によれば、このような析出物を組織中に比較的多く含むことにより、例えば転位同士が絡まることで生じる転位のセル化を抑制して、焼付硬化時に拡散する炭素等に起因して固着する転位の量を増加させることができ、その結果として焼付硬化量を顕著に高めることが可能となる。このような知見は従来知られておらず、極めて意外であり、また驚くべきことである。なお、マルテンサイト内に生成される転位セルの大きさは約数十nm以上数百nm以下である。よって、転位セルの生成を抑制するためには、同じくらいの析出物の大きさが必要である。長径が0.05μm未満であると、転位のセル化の形成を抑制することができない。よって、析出物の長径は0.05μm以上とするのがよい。より好ましくは0.10μm以上である。また、長径が0.60μmより大きいと、析出物が粗大化し固溶炭素量を大きく減少させてしまい、焼付硬化量を減少させる。そのため、析出物の長径は0.60μm以下とするのがよい。より好ましくは、0.50μm以下である。
析出物の形状は球状より、針状であるほうがよく、アスペクト比1:3以上であることが好ましい。アスペクト比が1:3未満であると、析出物の形状は球状とみなされ、転位セルの生成を抑制できない。よって、アスペクト比は1:3以上とする。より好ましくは1:5以上である。
析出物の析出箇所はラス内が好ましい。これは転位セルが最も容易に形成される箇所がラス内であり、ラス間に転位セルはほとんど見られないためである。ここで、ラスとは、マルテンサイト変態により旧オーステナイト粒界内に生成される組織を言うものである。理解を容易にするため、図3に、本実施形態に係る衝撃吸収部材の素材としての高強度鋼板における析出物の析出状態を示すイメージ図を与える。図3を参照すると、均一構造81を有するSiのミクロ偏析中の旧オーステナイト粒界82内に生成されたラス組織83において、ラス84間ではなくラス84内の全面に均一に針状の析出物85が析出していることがわかる。
析出物85の個数密度は好ましくは30個/μm2以上とする。析出物85の個数密度が30個/μm2未満であると、予ひずみによって転位が導入され動く際、転位が析出物と出会う前に他の転位と相互作用し、転位セルが形成されてしまう。そのため、析出物85の個数密度は30個/μm2以上とするのがよい。より好ましくは40個/μm2以上とする。
本実施形態において、上記析出物85の形態及び個数密度は、電子顕微鏡による観察によって決定され、例えばTEM(透過型電子顕微鏡)観察によって測定する。具体的には、鋼板の表面から当該鋼板の厚さの3/8位置から1/4位置までの領域から薄膜試料を切り出し明視野で観察する。1万倍から10万倍の適度な倍率によって、1μm2を切り出し、長径が0.05μm以上0.60μm以下でアスペクト比1:3以上の析出物85を数えて求める。このとき、薄膜試料の厚さを30nmとして換算した単位面積当たりの個数を数える。この作業を連続した5視野以上で行い、その平均を個数密度とする。
なお、本実施形態の高強度鋼板110は、長径が0.05~0.60μmでアスペクト比1:3以上の析出物が30個/μm2以上の個数密度という要件を満たしているが、この高強度鋼板110を用いて製造された衝撃吸収部材の析出物もこの要件を満たしている。
以下、高強度鋼板110から衝撃吸収部材1,12を製造する流れの続きを説明する。
第1の熱処理工程が施された高強度鋼板110は、製鉄所101において巻き取られてコイル111となる。コイル111は、製鉄所101からコイルセンター102へ出荷される。コイルセンター102は、コイル111を保管し、注文を受けたコイル111を部品工場103へ出荷する。
部品工場103は、コイル111から衝撃吸収部材1,12を成形する工場である。この部品工場103で行われる各工程は、一つの工場を部品工場103として用いて行われてもよいし、一または複数の工程毎に異なる工場を用い、これら異なる複数の工場を全体として部品工場103として用いてもよい。
部品工場103では、まず、入荷したコイル111を巻き戻し、曲げ矯正を行って平坦な高強度鋼板110に戻す。次に、この高強度鋼板110にブランキング加工を施す。ブランキング加工により、衝撃吸収部材1,12用のブランク115が成形される。例えば、ブランキング用のプレス機114によって、ブランク115が成形される。なお、実際には、フロントサイドメンバ1の第1半部20および第2半部30、センターピラーベース16の第3半部40および第4半部50、ならびに、センターピラー本体17の第5半部60および第6半部70のそれぞれの形状に対応したブランクが形成される。本実施形態では、各半部20,30,40,50,60,70のそれぞれに対応するブランクを、総称してブランク115という。
次に、ブランク115を冷間塑性加工することで、焼付塗装される前の半部20,30,40,50,60,70を成形する。具体的には、ブランク115に冷間塑性加工として、ドロー成形(絞り成形)またはフォーム成形を施すことで、焼付塗装される前の半部20,30,40,50,60,70としての鋼部材117を成形する。ドロー成形は、例えばドロー成形機116を用いて成形される。
ドロー成形機116は、パンチ116aと、ダイ116bと、ダイ116bと協働してブランク115の端部を押さえるブランクホルダ116cと、を有している。ドロー成形では、ブランク115の端部がダイ116bおよびブランクホルダ116cで拘束された状態でブランク115が成形されるので、ブランク115を成形した後の鋼部材117において、屈曲部117aおよび壁部117bの双方に予ひずみが付与される。
フォーム成形機118は、パンチ118aと、ダイ118bと、パンチ118aと協働してブランク115の中間部を挟むパッド118cと、を有している。フォーム成形では、ブランク115の端部がダイ118bに拘束されないので、ブランク115を成形した後の鋼部材117において、パンチ118aおよびダイ118bに挟まれている箇所の近傍の屈曲部117aには予ひずみが付与される一方、当該屈曲部117a以外の箇所には実質的に予ひずみは付与されない。
本実施形態では、軸圧潰部品としてのフロントサイドメンバ1においては、焼付塗装前の第1半部20および焼付塗装前の第2半部30の双方が、ブランク115をドロー成形によって鋼部材117とすることで成形される。また、曲げ部品としてのセンターピラー12について、短スパン部材としてのセンターピラーベース16は、焼付塗装前の第3半部40および第4半部50のうち少なくとも第3半部40(幅方向Yの外側部材)が、ブランク115をドロー成形によって鋼部材117とすることで成形される。
一方、センターピラー12のうち、長スパン部材としてのセンターピラー本体17は、焼付塗装前の第5半部60および第6半部70のうち少なくとも第5半部60(幅方向Yの外側部材)が、ブランク115をフォーム成形によって鋼部材117とすることで成形される。
図2(A)を参照して、このように、ドロー成形された第1半部20、第2半部30、および、第3半部40(より正確には、対応する第1半部20、第2半部30、および、第3半部40を構成する複数の成形品117)においては、丸印および三角印を付されている箇所としての、第1稜線部22,32,42と、壁部21,31,43の中央部27,37,47と、第2稜線部24,34,44のそれぞれにおいて、予ひずみが付与されている。予ひずみは、少なくとも2%である。ドロー成形におけるパンチ116aの動作量等の成形条件を制御し、予ひずみを2%以上付与することで、焼付硬化量を十分に大きくできる。焼付硬化は、冷間塑性加工(予ひずみ)によって鋼板に入る転位(塑性変形の素過程となる線欠陥)に、侵入型元素(主に炭素)が移動・固着することでその運動を阻害し、強度が上昇する現象で、ひずみ時効とも呼ばれる。
図2では、稜線部において予ひずみが付与されている箇所を○印で示し、壁部において予ひずみが付与されている箇所を△印で示している。但し、第3半部40の第2稜線部44は、側面衝突時において衝撃吸収エネルギーに大きな影響を与える箇所ではないので、予ひずみを付与されていなくてもよい。
一方、フォーム成形された第5半部60においては、丸印を付されている箇所としての第1稜線部62において予ひずみが付与されている。フォーム成形においても、ドロー成形の場合と同様に、パンチ118aの動作量等の成形条件を制御することで予ひずみを付与している。一方、第2壁部63の中央部67、および、第2稜線部64のそれぞれにおいて、実質的に予ひずみは付与されていない。
なお、第4半部50および第6半部70(センターピラー12における幅方向Yの内側半部)は、ドロー成形によって成形されてもよいし、フォーム成形によって成形されてもよい。
再び図4を参照して、冷間塑性加工(プレス成形加工)の後、鋼部材117を用いて、衝撃吸収部材1,12を含む車体100の組立作業が行われる。具体的には、第1半部20となる鋼部材117と第2半部30となる鋼部材117とが互いにフランジ接合されることで、フロントサイドメンバ1用の鋼部材117のユニットが成形される。すなわち、塗装および焼付硬化処理が施されることでフロントサイドメンバ1となる中間体が成形される。また、第3~第6半部30,40,50,60,70となる鋼部材117が互いに接合されることで、センターピラー12用の鋼部材117のユニットが成形される。すなわち、塗装および焼付硬化処理が施されることでセンターピラー12となる中間体が成型される。そして、これらの衝撃吸収部材1,12用の鋼部材117のユニットが他の車体部材と組み合わされることで、車体100が組み立てられる。
次に、組み立てられた車体100に塗装が施される。この塗装は、例えば、電着塗装と、中塗り塗装と、上塗り塗装(ベースおよびクリヤー塗装)の、3種類の塗装を含む。塗装には、水性塗料または溶剤塗料が用いられる。電着塗装工程では、塗料を溜めた電着槽に車体100を沈めた状態で、車体100の表面全体に電着塗装が施される。また、中塗り塗装工程では、塗装ロボットまたは工員による手作業によって、スプレーノズルから塗料を車体100に噴霧することで、車体100の表面全体に中塗り塗装が施される。また、上塗り塗装工程では、塗装ロボットまたは工員による手作業によって、スプレーノズルから塗料が車体100に噴霧されることで、車体100の表面全体に上塗り塗装が施される。これにより、車体100の表面は、100μm程度の厚みの塗装膜で構成される。
上述の塗装工程には、第2の熱処理工程が含まれている。第2の熱処理は、塗装膜を車体100の母材(鋼板)に焼き付けるための焼付乾燥処理であり、且つ、鋼板を焼付硬化させる処理である。第2の熱処理工程は、塗装工程のうち、電着塗装の後で且つ中塗り塗装の前に行われてもよいし、複数回行われる中塗り塗装と中塗り塗装の間に行われてもよいし、中塗り塗装の後で且つ上塗り塗装の前に行われてもよいし、複数回行われる上塗り塗装と上塗り塗装の間に行われてもよいし、上塗り塗装の後に行われてもよい。
第2の熱処理工程では、乾燥炉119に車体100が搬入される。乾燥炉119内における車体100の温度T2は、上述したように、80℃~200℃の範囲に設定される。第2の熱処理工程における温度T2が上記の下限以上であることにより、塗料を車体100の鋼板に確実に焼き付けることができ、且つ、車体100を構成する鋼板に、より確実に硬化処理を施すことができる。また、温度T2が上記の上限超であると、自動車の製造工程のコストを高めてしまう。そのため、保持温度の上限は200℃以下とする。
乾燥炉119内における車体100の保持時間は、上述したように、300~1800秒の範囲に設定される。第2の熱処理工程における保持時間が上記の下限以上であることにより、塗料を車体100の鋼板に確実に焼き付けることができ、且つ、車体100を構成する鋼板に、より確実に硬化処理を施すことができる。また、保持時間が1800秒超であると、自動車の製造工程のコストを高めてしまう。そのため、保持時間は1800秒以下とする。
第2の熱処理工程では、車体100の鋼板は、上記温度範囲内での一定の温度T2で、300~1800秒連続して保持される。第2の熱処理工程における温度T2の保持時間が上記の下限以上であることにより、塗料が焼付されるという効果を得られる。また、温度T2の保持時間が上記の上限超である場合、自動車の製造コストが高まる。そのため、T2の保持時間は1800秒以下とする。
以上の第2の熱処理工程を含む塗装工程を経ることで、衝撃吸収部材1,12を含む車体100が完成する。
<コイルセンターで第1の熱処理工程が行われる場合>
図5を参照して、製鉄所101で最終焼鈍を施された高強度鋼板110は、製鉄所101において巻き取られてコイル111となる。コイル111は、製鉄所101からコイルセンター102へ出荷される。コイルセンター102では、コイル111を巻き戻す。そして、巻き戻された高強度鋼板110を、コイルセンター102に設置された加熱炉112で加熱することで、第1の熱処理が行われる。このときの第1の熱処理工程は、図4を参照しながら前述した内容(製鉄所101での第1の熱処理)と同じである。なお、コイルセンター102で第1の熱処理工程が行われる場合、コイル111から巻き戻された後、さらに曲げ矯正されて平坦になった高強度鋼板110に第1の熱処理工程が行われてもよい。第1の熱処理が施された高強度鋼板110は、再び巻かれてコイル111となり、部品工場103へ出荷される。
コイルセンター102から入荷した高強度鋼板110を用いて、車体100が製造される部品工場103での工程は、図4を参照しながら前述した内容と同じあるので、詳細な説明は省略する。部品工場103において、前述の第2の熱処理工程を含む塗装工程を経ることで、車体100が完成する。
<部品工場で第1の熱処理工程が行われる場合>
図6を参照して、製鉄所101で完成した高強度鋼板110は、製鉄所101において巻き取られてコイル111となる。コイル111は、製鉄所101からコイルセンター102へ出荷され、その後、部品工場103へ出荷される。
部品工場103では、コイル111を巻き戻し、曲げ矯正を行って平坦にすることでコイル111が平坦なシート状の高強度鋼板110に戻される。次に、シート状の高強度鋼板110にブランキング加工を施すことで、衝撃吸収部材1,12用のブランク115を成形する。
次に、ブランク115に第1の熱処理を施す。この場合、部品工場103に設置された加熱炉112でブランク115に第1の熱処理を施す。このときの第1の熱処理工程は、図4を参照しながら前述した内容と同じである。なお、部品工場103で第1の熱処理工程が行われる場合、ブランク115に成形される前のシート状の高強度鋼板110に第1の熱処理が行われてもよい。ブランキング加工および第1の熱処理後の処理工程(冷間塑性加工工程後の工程)は、図4を参照して説明したのと同じであるので、説明を省略する。
以上の第2の熱処理工程を含む塗装工程を経ることで、車体100が完成する。
以上説明したように、本実施形態によると、最終焼鈍の後、第1の熱処理(焼戻し処理)が行われ、その後、第2の熱処理(焼付硬化処理)が行われることで、第2の熱処理時における鋼板(鋼部材117)の焼付硬化量をより大きくできる。その結果、成形加工(冷間塑性加工等)時には比較的軟質で成形しやすく、成形加工後、塗装焼付時の焼付硬化量が大きく、焼付硬化後の状態において衝撃吸収エネルギーを大きくでき、且つ、素材である鋼板を薄くできる衝撃吸収部材1,12を製造できる。
また、本実施形態によると、センターピラー12における長スパン部材としてのセンターピラー本体17の第5半部60は、鋼部材117にフォーム成形を施されることで形成されている。この構成であれば、自動車の側面衝突時において、センターピラー本体17のうち、曲げ変形を生じることで衝撃吸収エネルギーを生じる第5半部60の第1稜線部62に予ひずみを付与できる。これにより、当該第1稜線部62の焼付硬化処理(第2の熱処理)によって、第1稜線部62の焼付硬化量を十分に高くできる。その結果、自動車の側面衝突時によってセンターピラー本体17が曲げ変形したときに実質的に塑性変形する第1稜線部62での衝撃吸収エネルギーをより高くできる。しかも、フォーム成形であれば、ブランク115の外周縁部を拘束せずに当該ブランク115を鋼部材117に成形する。このため、予ひずみを付与したい箇所(第1稜線部62)以外に余計な負荷をかけずに済む。
また、本実施形態によると、センターピラー12における短スパン部材としてのセンターピラーベース16の第3半部40は、鋼部材117にドロー成形を施されることで形成されている。この構成であれば、自動車の側面衝突時において、センターピラーベース16のうち、高さ方向Zと直交する断面での閉断面が潰れるような変形を生じることで衝撃吸収エネルギーを生じる第3半部40において、稜線部および壁部、特に、第1稜線部42および第2壁部43の双方に予ひずみを付与できる。これにより、当該第1稜線部42および第2壁部43の焼付硬化処理(第2の熱処理)によって、第1稜線部42および第2壁部43の焼付硬化量を十分に高くできる。その結果、自動車の側面衝突時によってセンターピラーベース16が潰れ変形したときに実質的に塑性変形する第1稜線部42および第2壁部43での衝撃吸収エネルギーをより高くできる。
また、本実施形態によると、軸圧潰部品としてのフロントサイドメンバ1の第1半部20および第2半部30は、鋼部材117にドロー成形を施されることで形成されている。この構成であれば、自動車前面衝突時において、長さ方向Xに潰れることで衝撃吸収エネルギーを生じる第1半部20および第2半部30のそれぞれにおいて、稜線部および壁部、特に、第1稜線部22,32、第2壁部23,33、および、第2稜線部24,34の全てに予ひずみを付与できる。これにより、当該第1稜線部22,32、第2壁部23,33、および、第2稜線部24,34の焼付硬化処理(第2の熱処理)によって、第1稜線部22,32、第2壁部23,33、および、第2稜線部24,34の焼付硬化量を十分に高くできる。その結果、自動車の側面衝突時によってフロントサイドメンバ1が圧潰変形したときの衝撃吸収エネルギーをより高くできる。
また、本実施形態によると、第1の熱処理(焼戻し処理)を、製鉄所101において、最終焼鈍後で且つコイル111に巻き取る前の高強度鋼板110に実施する場合がある。この場合、高強度鋼板110の製造時に第1の熱処理も製鉄所101でまとめて行うことができる。
また、本実施形態によると、第1の熱処理(焼戻し処理)を、コイルセンター102において、コイル111から巻き戻された後の高強度鋼板110に実施する場合がある。この場合、製鉄所101と部品工場103の間の流通過程において、第1の熱処理をコイルセンター102で行うことができる。
また、本実施形態によると、第1の熱処理(焼戻し処理)を、部品工場103において、ブランキングされた後のブランク115(鋼板)に実施する場合がある。この場合、シート状の高強度鋼板110を加工する際に、第1の熱処理も部品工場103においてまとめて行うことができる。
また、本実施形態によると、第1の熱処理が、Dual-Phase鋼板である高強度鋼板110に実施される。この場合、780MPa以上の偏析低減された鋼板に事前熱処理としての第1の熱処理が施される。その結果、高強度鋼板110を用いて形成される衝撃吸収部材1,2の成形性および衝突性能をより高くできる。
また、センターピラー12(曲げ部品)を構成する高強度鋼板110に事前熱処理としての第1の熱処理を施し、ドロー成形およびフォーム成形を選択的に用いてセンターピラー12が製造されるこれにより、衝突性能が高まる。このメカニズムは以下の(d1)、(d2)の2つの重畳効果だと考えられる。
(d1)第1の熱処理(事前熱処理)により、焼付硬化性が高まったこと。
マルテンサイトを含むハイテン材は、Si含有量によって決まる焼き戻し温度によって焼付硬化性が高まる。焼付硬化性が高まると、試験の便宜上、引張試験での応力が最大を示した後すぐに低下し破断に至る。一方、せん断試験では即座の破断が起こらず測定可能である。そして、衝突性能を高めるためには、センターピラー12のセンターピラーベース16およびセンターピラー本体17それぞれについて、引張試験での伸びひずみ5%時の引張応力σとせん断試験でのせん断ひずみ5√3%時のせん断応力τとの比σ/τが1.70以下である必要がある。
(d2)第1稜線部42,62と対応する壁部42,62の中央部47,67とで強さが異なるよう、センターピラー12において、曲げによる衝突に最も有効な成型方法を採用したこと。
センターピラーベース16およびセンターピラー本体17それぞれにおいて、第1稜線部42,62にドロー成形またはフォーム成形によってひずみを付加し、焼付硬化後の強度を上げて、第1稜線部42,62と壁部42,62の中央部47,67で、強度および加工硬化能に差を付ける。そのためには、第1稜線部42,62と第2壁部43,63の中央部47,67とのビッカース硬さの比Hvr/Hvcがそれぞれ1.05以上である必要がある。以上の(d1),(d2)の重畳効果によって、センターピラー12の曲げによる衝突性能が向上する。
また、フロントサイドメンバ1(軸圧潰部品)を構成する高強度鋼板110に事前熱処理としての第1の熱処理を施し、ドロー成形によりフロントサイドメンバ1を製造することで、衝突性能が高まる。このメカニズムは以下の(e1)、(e2)の2つの重畳効果だと考えられる。
(e1)第1の熱処理(事前熱処理)により、焼付硬化性が高まったこと。
マルテンサイトを含むハイテン材は、Si含有量によって決まる焼き戻し温度によって焼付硬化性が高まる。焼付硬化性が高まると、試験の便宜上、引張試験での応力が最大を示した後すぐに低下し破断に至る。一方、せん断試験では即座の破断が起こらず測定可能である。さらに、焼付硬化性が高まると、高ひずみの応力を高めるので、軸圧潰による衝突性能を高めることができる。このように衝突性能を高めるためには、引張試験での伸びひずみ10%時の引張応力σ10とせん断試験でのせん断ひずみ10√3%時のせん断応力τ10との比σ10/τ10が1.70以下である必要がある。
(e2)第1稜線部22と第1壁部21の中央部27で同じ強さが得られるよう、軸圧潰による衝突に最も有効な成型方法を採用したこと。
第1稜線部22と第2壁部23にドロー成形によるひずみを同程度付加し、焼付硬化後の強度を上げて、衝突性能を高める。そのためには、第1稜線部22と第1壁部21の中央部27とのビッカース硬さの比Hvr/Hvcが1.10未満である必要がある。以上の(e1),(e2)の重畳効果によって、フロントサイドメンバ1の軸圧潰による衝突性能が向上する。
次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
<高強度鋼板の作製>
表1-1に示す化学組成を有するスラブを製造し、スラブを1300℃に1時間加熱した後、表1-2に示す条件にて粗圧延及び仕上げ圧延を行って熱延鋼板を得た。その後、熱延鋼板の酸洗を行い、表1-2に示す圧下率で冷間圧延を行って冷延鋼板を得た。続いて、表1-2に示す条件下で焼鈍を行った。なお、表1-2に示す各温度は鋼板の表面温度である。
なお、各表において、太字且つ下線で示されている箇所は、好ましい範囲から外れていることを示している。
Figure 0007124967000001
Figure 0007124967000002
Figure 0007124967000003
表1-2におけるAcおよびAcは以下に示す式で計算した。下記式における元素記号には当該元素の質量%を代入した。含有しない元素については0質量%を代入した。
Ac1=751-16×C+35×Si―28×Mn-16×Ni+13×Cr-6×Cu+3×Mo
Ac=881-335×C+22×Si―24×Mn-17×Ni-1×Cr-27×Cu+41×Mo
上記の焼鈍(最終焼鈍)後の高強度鋼板の組織および機械特性値が、表1-3に示されている。組織については、マルテンサイト面積率と、残部組織と、Cmax/Cminと、を示している。
マルテンサイトの面積率の測定は、以下のように行われる。まず、高強度鋼板の圧延方向および板厚方向に平行な断面を有する試料を採取した。この試料を、前述した方法にて測定することで、マルテンサイトの面積率を測定した。
残部組織は、フェライトをF、ベイナイトをBで示している。フェライトおよびベイナイトの測定方法は、高強度鋼板におけるマルテンサイトの面積率を測定するための上記試料を用いて、前述した方法にて測定した。なお、本願では、マルテンサイトの面積率が焼付硬化性能にとって重要であり、フェライトの面積率およびベイナイトの面積率は焼付硬化性能に大きな影響を与えるとは必ずしもいえない。よって、フェライトの面積率の測定とベイナイトの面積率の測定は省略した。
Cmax/Cminで示されるSiの偏析度は、次のようにして測定した。高強度鋼板についてその圧延方向が法線方向となる面(すなわち鋼板の厚さ方向断面)を観察できるように調整した後、鏡面研磨し、EPMA装置により、当該高強度鋼板の厚さ方向断面において鋼板の中央部100μm×100μmの範囲について、鋼板の厚さ方向に沿って片面側から他面側に向かって0.5μm間隔で200点のSi含有量を測定した。同じ100μm×100μmの範囲内のほぼ全領域をカバーするように別の4ライン上で同様な測定を行い、全5ライン上で測定された合計1000点のSi含有量の中で、最高値をSi含有量の最大値Cmax(質量%)とし、最低値をSi含有量の最小値Cmin(質量%)として、比Cmax/Cminを算出した。
機械特性値は、引張強さTSと、破断伸びELと、を測定した。この測定は、圧延方向に直角な方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を採取し、JIS(日本工業規格)Z2241:2011 金属材料引張試験方法に則って行われた。
なお、上述した、高強度鋼板の組織(マルテンサイト面積率、残部組織、および、Cmax/Cmin)は、高強度鋼板に後述する第1の熱処理、冷間塑性加工、および、第2の熱処理が行われた後の部品においても略変化なく維持される。よって、表1-3に記載の内容は、後述する曲げ部品および軸圧潰部品においてもあてはまるといえる。
<高強度鋼板を用いた曲げ部品の作製>
表1-3に示す高強度鋼板(冷延鋼板)に第1の熱処理(焼戻し)を行った。第1の熱処理における高強度鋼板の温度およびこの温度の保持時間は表2-1に示されている。そして、第1の熱処理が行われた高強度鋼板に冷間塑性加工を行って冷延鋼板を曲げ部品の形状に成形した。このときの冷間塑性加工法は、表2-1に示されている。次いで曲げ部品の形状に成形された部品に第2の熱処理(焼付硬化)を行うことで、曲げ部品を作製した。第2の熱処理における部品の温度およびこの温度の保持時間は表2-1に示されている。
Figure 0007124967000004
Figure 0007124967000005
図7(A)および図7(B)には、上述した曲げ部品を図示した曲げ部品121が示されている。図7(A)は、曲げ部品121を長手方向と直交する方向から見た側面図であり、図7(B)は、曲げ部品121を長手方向から見た図である。
図7(A)および図7(B)を参照して、曲げ部品121は、中空軸状部材であり、全長800mm、板厚t1=1.2mmである。曲げ部品121は、ハット形断面の第1半部130と、平板状の第2半部140と、を有している。第1半部130は、第1壁部131と、一対の第1稜線部132,132と、一対の第2壁部133,133と、一対の第2稜線部134,134と、一対のフランジ135,135と、を有している。
第1半部130のうち第1壁部131側の幅は80mmであり、ハット部分の高さは60mmである。第1半部30の第1稜線部132の曲率半径R=5mmである。第2半部140と直交する方向に対する第2壁部133の傾斜角度は、5°である。第2半部140の幅は、130mmである。第2半部140に、一対のフランジ135,135がスポット溶接によって接合されている。このスポット溶接のナゲット径≧5√板厚t1である。また、曲げ部品121の長手方向における接合点の配置間隔は、40mmである。
<曲げ部品の評価>
曲げ部品121について、表2-2に示すように、壁部において、引張試験での伸びひずみが5%時の引張応力σとせん断試験でのせん断ひずみが5√3%時のせん断応力τとの比σ/τ(5%比)と、壁部中央部137のビッカース硬さHvcと、第1稜線部132のビッカース硬さHvrと壁部中央部137のビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvcと、析出物個数密度と、曲げ部品に生じる最大荷重と、曲げ部品の衝撃吸収エネルギーと、を測定した。
5%比算出のために、曲げ部品121のうち、第1稜線部132の近傍の平面部136(壁部)において、引張試験とせん断試験とを行った。このときの引張試験は、第1稜線部132の近傍の平面部136を曲げ部品121から切り取り、引張試験機(図示せず)に取り付けて行われた。このときの引張試験用の試験片は10×100mm程度の大きさがあればよい。なお、この引張試験は、JIS(日本工業規格)Z2241:2011 金属材料引張試験方法に則って行われた。また、せん断試験は、第1稜線部132の近傍の平面部136を曲げ部品121から切り取って矩形試験片201を作製し、この矩形試験片201を図8(A)に示すせん断試験機200に取り付けて行われた。このときのせん断試験用の試験片は、30mm×30mm程度の大きさがあればよい。図8(A)にせん断試験200の概要図を示す。図8(B)は、せん断試験に関する説明図である。図8(A)および図8(B)を参照して、せん断試験は矩形試験片201の一対の長辺部をチャッキングし、一方の長辺部を他方の長辺部に対して上下方向(せん断方向)に動かすことによって単純せん断変形を加え、このせん断変形によって生じる荷重を測定した。せん断応力算出のための断面積は、せん断方向における矩形試験片201の長さ×板厚とした。せん断ひずみは試験片201の中央部にせん断方向と直交する方向に沿って書いた直線202の傾きから随時求めた。そして、引張試験での伸びひずみが5%の時の引張応力σとせん断試験でのせん断ひずみが5√3%の時のせん断応力τをそれぞれ測定し、比σ/τ(5%比)を算出した。結果を表2-2に示す。
また、曲げ部品121の第1稜線部132と第2壁部133の中央部137のそれぞれを切り出し、板厚の1/4に相当する箇所についてビッカース硬Hvr,Hvcを測定した。ビッカース硬さ測定試験は、JIS Z 2244:2009 ビッカース硬さ試験に則って行った。ビッカース硬さはHV0.5であり、5点測定しその平均を試験結果とした。そして、第1稜線部132のビッカース硬さHvrと第2壁部133の中央部137のビッカース硬さHvcの比Hvr/Hvcを算出した。結果を表2-2に示す。
析出物個数密度は、第1の熱処理によって得られる、長径が0.05μm以上0.60μm以下でアスペクト比1:3以上の析出物の密度をいう。析出物の形態及び個数密度は、電子顕微鏡による観察によって決定され、本実施例では、TEM(Transmission Electron Microscope)観察によって測定した。具体的には、曲げ部品121を構成する鋼板の表面を基準として、当該曲げ部品121の第1半部130を構成する鋼板の厚さの3/8位置から1/4位置までの領域から薄膜試料を切り出した。そして、この薄膜試料を明視野で観察し、1万倍から10万倍の適度な倍率によって、1μm2を切り出し、長径が0.05μm以上0.60μm以下でアスペクト比1:3以上の析出物を数えて求めた。このとき、薄膜試料の厚さを30nmとして換算した単位面積当たりの個数を数えた。この作業を連続した5視野以上で行い、その平均を個数密度とした。結果を表2-2に示す。
そして、曲げ部品121の最大荷重および衝撃吸収エネルギーの測定のために、3点曲げ変形試験を行った。具体的には、図7(A)および図7(B)を参照して、曲げ部品121の長手方向に対称に半球状の第1圧子123を一対、700mm間隔で配置した。第1圧子123の曲率半径は30mmである。また、曲げ部品121の長手方向中央に第2圧子124を配置した。第2圧子124の曲率半径は50mmである。各第1圧子123の頂点は、第2半部140と向かい合っている。第2圧子124の頂点は、第1半部130と向かい合っている。そして、第1圧子123,123および曲げ部品121を第2圧子124に向かって7.2km/h(2m/s)で移動させ、第2圧子124に第1半部140を衝突させた。このときに生じた最大荷重、および、衝撃吸収エネルギーを測定した。結果を表2-2に示す。
次に、曲げ部品121に関するより具体的な評価を説明する。
曲げ部品121の評価は、最大荷重と、衝撃吸収エネルギーが以下の2つの式(2)、(3)の双方を満たす場合を実施例とし、式(2)、(3)の少なくとも一方を満たさない場合を比較例とした。
最大荷重>0.11×TS・・・(2)
衝撃吸収エネルギー>0.00055×TS+0.27・・・(3)
なお、上記の式におけるTSは、表1-3に記載されている引張強さを示す。
図9(A)は、引張強さTSと最大曲げ荷重との関係を示すグラフである。図9(B)は、引張強さTSと曲げ変形時の衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。図9(A)においては、式(2)に記載の曲げ荷重=0.11×TSで示される直線が臨界線として示されている。また、図9(B)においては、式(3)に記載の衝撃吸収エネルギー=0.00055×TS+0.27が臨界線として示されている。また、図9(A)および図9(B)において、実施例および比較例の傾向線が示されている。図9(A)の実施例の傾向線は、0.0123×TS-0.6182である。図9(A)の比較例の傾向線は、0.0115×TS-0.3599である。図9(B)の実施例の傾向線は、0.0005×TS+0.3025である。図9(B)の比較例の傾向線は、0.0005×TS+0.2631である。
表2-2、図9(A)および図9(B)を参照して、実施例は、何れも臨界線を越えた曲げ荷重および衝撃吸収エネルギーを示しており、式(2)、(3)の双方を満たしていることが分かる。一方、比較例は、特に衝撃吸収エネルギーについて臨界線を下回る傾向を示している。表2-2には、式(2)で示される0.11×TS、および、式(3)で示される0.00055×TS+0.27のそれぞれの算出値が示されている。実施例は、何れも、焼付硬化性がよいこともあり5%比(σ/τ)が1.70以下となっている。一方、比較例は、何れも、焼付硬化性が悪いこともあり5%比(σ/τ)が1.70を超えている。
曲げ荷重および衝撃吸収エネルギーの一例についてグラフ化して示すと、図10(A)および図10(B)に示すような効果を得られる。図10(A)は、曲げ部材の長さ垂直方向(長さ方向とは垂直な方向)における当該曲げ部材の変形量(ストローク)と、曲げ部材に生じる荷重との関係の一例を示すグラフである。図10(B)は、曲げ部材の長さ垂直方向における当該曲げ部材の変形量(ストローク)と、曲げ部材の吸収エネルギーとの関係の一例を示すグラフである。
図10(A)では、実施例であるNo.2と、比較例であるNo.14、No.15のそれぞれの特性が示されている。図10(A)のグラフの横軸は曲げ部材のストローク量であり、縦軸は曲げ部材に作用する荷重を示している。図10(A)から明らかなように、実施例であるNo.2における荷重のピーク値P1は、比較例であるNo.15における荷重のピーク値P2よりも明確に高い。また、比較例であるNo.14での荷重のピーク値P3については、比較例であるNo.15の荷重のピーク値P2と略同じである。
図10(B)ではNo.2、No.14、No.15のそれぞれの特性が示されている。図10(B)のグラフの横軸は曲げ部材のストローク量であり、縦軸は曲げ部材に作用する吸収エネルギーを示している。図10(B)から明らかなように、実施例であるNo.2における吸収エネルギーのピーク値PE1は、比較例であるNo.14、No.15における吸収エネルギーよりも明確に高い。
以上の次第で、曲げ部品の実施例は、比較例の曲げ部品と比べて、最大荷重が向上し、割れにくくなることで、衝撃吸収エネルギーが向上する傾向が明確になった。特に、同じ引張強さのときに比較例と比べて実施例では衝撃吸収エネルギーが向上することがわかる。
なお、曲げ部品121の製法に関して述べると、表1-3および表2-1に示されているように、実施例であるNo.1~No.13は、何れも、本発明の範囲内に収まっている。一方、比較例であるNo.14~No.26は、何れも、本発明の範囲外の項目を有している。より具体的には、No.14は、表2-1に示されているように、第2の熱処理工程の時間が、本発明の範囲を外れている。No.15は、表2-1に示されているように、第1の熱処理工程が行われていないため、本発明の範囲を外れている。No.16、No.17は、表1-3に示されているように、Cmax/Cminが、本発明の範囲を外れている。No.18は、表2-1に示されているように、第1の熱処理工程の温度が、本発明の範囲を外れている。No.19は、表1-3に示されているように、マルテンサイト面積率がゼロであり、マルテンサイトを含んでいない。また、引張強さが780MPaに達しておらず、本発明の範囲を外れている。No.20は、表2-1に示されているように、第2の熱処理工程での温度が本発明の範囲を外れている。No.21は、引張強さが780MPaに達していないため、本発明の範囲を外れている。No.22は、表2-1に示されているように、第1の熱処理工程での温度が本発明の範囲を外れている。No.23、No.24は、表1-3に示されているように、Cmax/Cminが本発明の範囲を外れている。No.25は、表2-1に示されているように、第1の熱処理工程での時間が本発明の範囲を外れている。No.26は、表2-1に示されているように、第2の熱処理工程が行われていないため、本発明の範囲を外れている。
また、曲げ部品121自体の特性でいうと、表2-2によく示されているように、実施例であるNo.1~No.13は、何れも、本明細書で推奨される範囲内に収まっている。一方、比較例であるNo.No.14~No.26は、何れも、5%比が本明細書で推奨される範囲を外れている。特に、No.15、No.18、No.19、No.21、No.22、No.25は、析出物個数密度が本明細書で推奨される範囲未満である。
<高強度鋼板を用いた軸圧潰部品の作製>
表1-3に示す高強度鋼板(冷延鋼板)に第1の熱処理(焼戻し)を行った。第1の熱処理における高強度鋼板の温度およびこの温度の保持時間は表3-1に示されている。そして、第1の熱処理が行われた高強度鋼板に冷間塑性加工を行って冷延鋼板を軸圧潰部品の形状に成形した。このときの冷間塑性加工法は、表3-1に示されている。次いで軸圧潰部品の形状に成形された部品に第2の熱処理(焼付硬化)を行うことで、軸圧潰部品を作製した。第2の熱処理における部品の温度およびこの温度の保持時間は表3-1に示されている。
Figure 0007124967000006
Figure 0007124967000007
図11(A)および図11(B)には、上述した軸圧潰部品を図示した軸圧潰部品122が示されている。図11(A)は、軸圧潰部品122の側面図であり、図11(B)は、図11(A)のXIB-XIB線に沿う断面図である。
図11(A)および図11(B)を参照して、軸圧潰部品122は、中空四角筒部材であり、全長300mm、板厚t2=1.2mmである。軸圧潰部品122は、4つの稜線部142と、4つの壁部143と、を有しており、当該軸圧潰部品122の長手方向に見て全体として略正方形に形成されている。軸圧潰部品122の一辺の長さは、50mmである。各稜線部142の曲率半径R=5mmである。さらに、軸圧潰部品122の両端部に、矩形状鋼板150がアーク接合によって接合されている。矩形状鋼板は、一辺が200mmであり、板厚が9mmである。
<軸圧潰部品の評価>
軸圧潰部品122について、表3-2に示すように、稜線部142近傍の平面部146(壁部)において、引張試験での伸びひずみが10%の時の引張応力σ10とせん断試験でのせん断ひずみが10√3%の時のせん断応力τ10との比σ10/τ10(10%比)と、壁部中央部147のビッカース硬さHvcと、稜線部142のビッカース硬さHvcと壁部中央部147のビッカース硬さHvrとの比Hvr/Hvcと、析出物個数密度と、衝撃吸収エネルギーと、を測定した。
10%比算出のために、軸圧潰部品122のうち、稜線部142の近傍における稜線部142からのひずみが伝達される平面部146において、引張試験とせん断試験とを行った。このときの引張試験は、稜線部142の近傍の平面部146を軸圧潰部品122から切り取り、引張試験機(図示せず)に取り付けて行われた。このときの引張試験用の試験片は、10×100mm四方程度の大きさがあればよい。なお、この引張試験は、JIS(日本工業規格)Z2241:2011 金属材料引張試験方法に則って行った。また、せん断試験は、稜線部142の近傍の平面部146を軸圧潰部品122から切り取って矩形試験片201を作製し、この矩形試験片201を図8(A)および図8(B)に示すせん断試験機200に取り付けて行われた。このときのせん断試験用の試験片は、30mm×30mm程度の大きさがあればよい。このせん断試験機200における試験内容は、曲げ部品121から切り取って作製された矩形試験片201における試験と同じである。そして、引張試験での伸びひずみが10%の時の引張応力σ10とせん断試験でのせん断ひずみが10√3%の時のせん断応力τ10をそれぞれ測定し、引張応力σ10とせん断応力τ10との比σ10/τ10を算出した。結果を表3-2に示す。
また、軸圧潰部品122の稜線部142と壁部143の中央部147のそれぞれを切り出し、板厚の1/4に相当する箇所についてビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さ測定試験は、JIS Z 2244:2009 ビッカース硬さ試験に則って行った。ビッカース硬さはHV0.5であり、5点測定しその平均を試験結果とした。そして、稜線部142のビッカース硬さHvrと壁部143の中央部147のビッカース硬さHvcの比Hvr/Hvcを算出した。結果を表3-2に示す。
析出物個数密度は、第1の熱処理によって得られる、長径が0.05μm以上0.60μm以下でアスペクト比1:3以上の析出物の密度をいう。析出物の形態及び個数密度は、電子顕微鏡による観察によって決定され、本実施例では、曲げ部品121における析出物個数密度の測定と同様、TEM観察によって測定した。具体的には、軸圧潰部品122を構成する鋼板の表面を基準として、当該軸圧潰部品122を構成する鋼板の厚さの3/8位置から1/4位置までの領域から薄膜試料を切り出した。そして、この薄膜試料を明視野で観察し、1万倍から10万倍の適度な倍率によって、1μm2を切り出し、長径が0.05μm以上0.60μm以下でアスペクト比1:3以上の析出物を数えて求めた。このとき、薄膜試料の厚さを30nmとして換算した単位面積当たりの個数を数えた。この作業を連続した5視野以上で行い、その平均を個数密度とした。結果を表3-2に示す
そして、軸圧潰部品122の衝撃吸収エネルギーの測定のために、軸圧潰試験を行った。具体的には、軸圧潰部品122を縦向きに設置し、質量890kgの錘151を22.5km/hの速度で軸圧潰部品122の上端に衝突させた。このときに生じた衝撃吸収エネルギーを測定した。結果を表3-2に示す。
次に、軸圧潰部品122に関するより具体的な評価を説明する、
軸圧潰部品122の評価は、衝撃吸収エネルギーが以下の式(4)を満たす場合を実施例とし、式(4)を満たさない場合を比較例とした。
衝撃吸収エネルギー>0.00185×TS+2.35・・・(4)
なお、上記の式におけるTSは、表1-3に記載されている引張強さを示す。
図12は、引張強さTSと軸圧潰変形時の衝撃吸収エネルギーとの関係を示すグラフである。図12においては、式(4)に記載の衝撃吸収エネルギー=0.00185×TS+2.35が臨界線として示されている。また、図12において、実施例および比較例のそれぞれの傾向線が示されている。図12の実施例の傾向線は、0.0022×TS+2.1044である。図12の比較例の傾向線は、0.0017×TS+2.3666である。
表3-2、および図12を参照して、実施例は、何れも臨界線を越えた衝撃吸収エネルギーを示しており、式(4)を満たしていることが分かる。一方、比較例は、何れも臨界線未満の衝撃吸収エネルギーを示しているに過ぎない。表3-2には、式(4)に示されている0.00185×TS+2.35の算出値が示されている。実施例は、何れも、焼付硬化性がよいこともあり10%比(σ10/τ10)が1.70未満となっている。一方、比較例は、何れも、焼付硬化性が悪いこともあり10%比(σ10/τ10)が1.70を超えている。
以上の次第で、軸圧潰部品の実施例は、比較例の軸圧潰部品と比べて、衝撃吸収エネルギーが明確に向上する傾向が明確になった。特に、同じ引張強さのときに比較例と比べて実施例では衝撃吸収エネルギーが向上することがわかる。
なお、軸圧潰部品122の製法に関して述べると、表1-3および表3-1に示されているように、実施例であるNo.1~No.13は、何れも、本発明の範囲内に収まっている。一方、比較例であるNo.14~No.27は、何れも、本発明の範囲外の項目を有している。より具体的には、No.14は、表3-1に示されているように、第2の熱処理工程の時間が、本発明の範囲を外れている。No.15は、表3-1に示されているように、第1の熱処理工程が行われていないため、本発明の範囲を外れている。No.16、No.17は、表1-3に示されているように、Cmax/Cminが、本発明の範囲を外れている。No.18は、表3-1に示されているように、第1の熱処理工程の温度が、本発明の範囲を外れている。No.19は、表1-3に示されているように、マルテンサイト面積率がゼロであり、マルテンサイトを含んでいない。また、引張強さが780MPaに達しておらず、本発明の範囲を外れている。No.20は、表3-1に示されているように、第2の熱処理工程での温度が本発明の範囲を外れている。No.21は、表1-3に示されているように、引張強さが780MPaに達していないため、本発明の範囲を外れている。No.22は、表3-1に示されているように、第1の熱処理工程での温度が本発明の範囲を外れている。No.23、No.24は、表1-3に示されているように、Cmax/Cminが本発明の範囲を外れている。No.25は、表3-1に示されているように、第1の熱処理工程での時間が本発明の範囲を外れている。No.26は、表3-1に示されているように、第2の熱処理工程が行われていないため、本発明の範囲を外れている。
また、軸圧潰部品122自体の特性でいうと、表3-2によく示されているように、実施例であるNo.1~No.13は、何れも、本明細書で推奨される範囲内に収まっている。一方、比較例であるNo.14~No.27は、何れも、10%比が本明細書で推奨される範囲を外れている。特に、No.14、No.15、No.18、No.19、No.21、No.22は、析出物個数密度が本明細書で推奨される範囲未満である。
なお、実施例では、冷延鋼板について説明した。しかしながら、めっき鋼板であっても冷延鋼板と同様の傾向を読み取ることができ、めっき鋼板であっても、上述した冷延鋼板と同様の結果を得ることができる。
本発明は、衝撃吸収部材の製造方法として広く適用することができる。
1 フロントサイドメンバ(衝撃吸収部材)
2 クラッシュボックス(衝撃吸収部材)
3 リアサイドメンバ(衝撃吸収部材)
4 フロアクロスメンバ(衝撃吸収部材)
5 サブフレーム(衝撃吸収部材)
11 Aピラー(衝撃吸収部材)
12 センターピラー(衝撃吸収部材)
13 Cピラー(衝撃吸収部材)
14 サイドシル(衝撃吸収部材)
15 ルーフサイドレール(衝撃吸収部材)
22,32,42,62,132,142 稜線部
21,23,25,31,33,35,41,43,45,61,63,65,131,133,135,143 壁部
136,146 平面部(壁部)
27,47,67,137,147 壁部中央部
110 高強度鋼板(鋼板)
111 コイル
X 長さ方向X(長手方向)
Y 長さ方向(長手方向)

Claims (14)

  1. 長手方向から見て、屈曲形状に形成された稜線部と、この稜線部から延びる壁部と、を含む衝撃吸収部材であって、
    前記壁部において、引張試験での伸びひずみが5%の時の引張応力σとせん断試験でのせん断ひずみが5√3%の時のせん断応力τ5との比σ/τが1.70以下、または、引張試験での伸びひずみが10%の時の引張応力σ10とせん断試験でのせん断ひずみが10√3%の時のせん断応力τ10との比σ10/τ10が1.70以下であり、
    前記長手方向から見た前記壁部中央部におけるビッカース硬さHvcが250以上である、衝撃吸収部材。
  2. 前記稜線部のビッカース硬さHvrと前記壁部中央部のビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvcが1.05以上である請求項1に記載の衝撃吸収部材。
  3. 前記ビッカース硬さの比Hvr/Hvcが1.10以上である請求項2に記載の衝撃吸収部材。
  4. 前記衝撃吸収部材が、ピラー、サイドシル、または、ルーフサイドレールである請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の衝撃吸収部材。
  5. 前記衝撃吸収部材は、閉断面を有する部材であり、
    前記稜線部のビッカース硬さHvrと前記壁部中央部のビッカース硬さHvcとの比Hvr/Hvcが1.10未満である請求項1に記載の衝撃吸収部材。
  6. 前記衝撃吸収部材が、フロントサイドメンバ、クラッシュボックス、リアサイドメンバ、サブフレーム、または、フロアクロスメンバである請求項1または請求項5に記載の衝撃吸収部材。
  7. 前記衝撃吸収部材の引張強さが780MPa以上である請求項1~請求項6の何れか1項に記載の衝撃吸収部材。
  8. 鋼板に、下記式(1)を満たす温度T1で、60~900秒保持する熱処理を施す、第1の熱処理工程と、
    前記熱処理後の前記鋼板に、冷間塑性加工を施して鋼部材とする、冷間塑性加工工程と、
    前記鋼部材に、80~200℃の温度T2で、300~1800秒保持する熱処理を施す、第2の熱処理工程とを備え、
    前記鋼板が、マルテンサイトの面積分率が5%以上95%未満であり、引張強さが780MPa以上であり、かつ、厚さ方向断面におけるSi含有量の最大値Cmaxと最小値Cminの比Cmax/Cminが1.25以下である、
    請求項1~請求項7の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
    80×Si+100≦T1≦125×Si+250・・・(1)
    ただし、上記式(1)中のSiは、前記鋼板中のSi含有量(質量%)を意味する。
  9. 前記衝撃吸収部材は、長手方向から見て屈曲形状に形成された稜線部と、この稜線部から延びる壁部と、を含み、
    前記冷間塑性加工がフォーム成形である、請求項8に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
  10. 前記衝撃吸収部材は、長手方向から見て屈曲形状に形成された稜線部と、この稜線部から延びる壁部と、を含み、
    前記冷間塑性加工がドロー成形である、請求項8に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
  11. 前記鋼板がDual-Phase鋼板である、請求項8~請求項10の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
  12. 前記第1の熱処理工程を、最終焼鈍後、コイルに巻き取る前の前記鋼板に実施する、請求項8~請求項11の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
  13. 前記第1の熱処理工程を、最終焼鈍後、コイルに巻き取られ、巻き戻された前記鋼板、または、巻き戻され、曲げ矯正された前記鋼板に実施する、請求項8~請求項11の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法。
  14. 前記第1の熱処理工程を、最終焼鈍後、コイルに巻き取られ、巻き戻され、曲げ矯正され、ブランキングされた前記鋼板に実施する、請求項8~請求項11の何れか1項に記載の衝撃吸収部材の製造方法
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