CN112930299A - 汽车骨架构件 - Google Patents

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Abstract

汽车骨架构件(1)包括第一钢板(10)、第二钢板(20)以及接合第一钢板(10)与第二钢板(20)的界面的第一焊接金属部(40)，第一钢板(10)的拉伸强度为1.0GPa以上且1.6GPa以下，第二钢板(20)的拉伸强度为1.8GPa以上且2.5GPa以下，第一钢板(10)具备槽部(18)，第二钢板(20)与槽部(18)叠合，第二钢板(20)的第一焊接金属部(40)的周围4mm以内的区域的最低维氏硬度为第二钢板(20)的所述区域的外侧的硬度的80％以上。

Description

汽车骨架构件
技术领域
本公开涉及一种汽车骨架构件。
背景技术
近年来，为了削减汽车的排气所含有的二氧化碳的排出量、提高燃料消耗率，要求车身的轻量化。为了实现车身的进一步轻量化，例如期望通过增厚需要较高的强度的部位的板厚并减薄不需要较高的强度的部位的板厚等，来谋求构件形状的最佳化。
另外，在汽车的骨架构件中，要求进一步提高强度，并且还要求进一步提高碰撞时保护车身骨架内部所需要的冲击吸收特性。
在下述专利文献1中记载了这样的技术：在汽车的骨架构件中，将加强构件与主体构件以局部地叠合的状态焊接，兼顾高强度和轻量化。另外，在下述专利文献2中记载了这样的技术：在将第一坯料和第二坯料焊接之后进行热压成型。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－71532号公报
专利文献2：日本特开2013－189173号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，已知有这样的情况：在将构件彼此焊接的情况下，在焊接部的焊接金属部的周边区域中，由焊接时的热量输入而引起特性、组织与母材相比发生变化。该周边区域被称为热影响部(HAZ；Heat Affected Zone)。
在上述专利文献1所记载的技术中，未考虑主体构件和加强构件的HAZ处的强度下降，存在从提高强度的观点出发有改善的余地这样的问题。另外，还存在骨架构件所要求的冲击吸收特性也有改善的余地这样的问题。
另外，在上述专利文献2所记载的技术中，虽然通过热压成型能够期待HAZ处的强度的改善，但构件彼此的接合强度有进一步改善的余地。
因此，本公开是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于，提供能够以更高的水平兼顾包含焊接部在内的构件整体的强度的提高和冲击吸收特性的提高进而能够改善构件彼此的接合强度的新颖且改良了的骨架构件。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，根据本公开，提供一种汽车骨架构件，其中，
该汽车骨架构件包括第一钢板、第二钢板以及接合所述第一钢板与所述第二钢板的界面的第一焊接金属部，
所述第一钢板的拉伸强度为1.0GPa以上且1.6GPa以下，
所述第二钢板的拉伸强度为1.8GPa以上且2.5GPa以下，
所述第一钢板具备槽部，
所述第二钢板与所述槽部叠合，
所述第二钢板的所述第一焊接金属部的周围4mm以内的区域的最低维氏硬度为所述第二钢板的所述区域的外侧的硬度的80％以上。
也可以是，所述第一焊接金属部的维氏硬度为400以上且540以下。
也可以是，所述第一钢板在所述槽部的外侧具备凸缘部，
该汽车骨架构件包括第三钢板和接合所述第三钢板与所述凸缘部的界面的第二焊接金属部，
所述第三钢板的拉伸强度为0.45GPa以上且1.6GPa以下。
发明的效果
根据本公开，提供一种能够以较高的水平兼顾骨架构件整体的强度提高和冲击吸收特性的提高进而改善构件彼此的接合强度的汽车骨架构件。
附图说明
图1是表示本公开的第一实施方式的汽车骨架构件的一例的立体图。
图2是表示该实施方式的汽车骨架构件的强度比与第二钢板的拉伸强度的关系的曲线图。
图3是表示该实施方式的汽车骨架构件的一例的X-Z平面剖视图。
图4是表示该实施方式的焊接部的一例的放大图。
图5A是表示现有例的焊接部的硬度变化的曲线图。
图5B是表示该实施方式的焊接部的硬度变化的一例的曲线图。
图6是测量第一焊接金属部的拉伸剪切强度的试验的说明图。
图7是表示测量第一焊接金属部的拉伸剪切强度的试验结果的曲线图。
图8是表示该实施方式的汽车骨架构件的另一例的立体图。
图9是表示该实施方式的汽车骨架构件的制造方法的一例的图。
图10是表示有可能应用该实施方式的汽车骨架构件的汽车骨架部件的图。
图11A是表示作为B柱而应用本实施方式的汽车骨架构件的一例的外观立体图。
图11B是图11A中的II－II’剖视图。
图12A是表示作为B柱而应用本实施方式的汽车骨架构件的一例的外观立体图。
图12B是图12A中的III－III’剖视图。
图13A是表示作为上边梁而应用本实施方式的汽车骨架构件的一例的外观立体图。
图13B是表示作为上边梁而应用本实施方式的汽车骨架构件的一例的外观立体图。
图14A是表示作为下边梁而应用本实施方式的汽车骨架构件的一例的外观立体图。
图14B是图14A中的V－V’剖视图。
图15A是表示作为后纵梁而应用本实施方式的汽车骨架构件的一例的分解立体图。
图15B是图15A中的VI－VI’剖视图。
图15C是表示作为地板梁而应用本实施方式的汽车骨架构件的一例的剖视图。
具体实施方式
以下参照附图对本公开的实施方式详细地进行说明。此外，在本说明书和附图中，通过对具有实质上相同的功能结构的构成要素标注相同的标记，而省略重复说明。
＜1.第一实施方式＞
[骨架构件的外观例]
首先，参照图1说明本公开的第一实施方式的汽车骨架构件1的概略结构。此外，以下有时将“汽车骨架构件”略称为“骨架构件”。
图1是表示本实施方式的骨架构件1的一例的立体图。如图1所示，骨架构件1作为一例是这样的构件：将图1所示的Y方向作为长度方向地延伸，在沿着宽度方向的截面(X-Z平面)剖视时成为Z方向开口的矩形形状。特别是，骨架构件1在沿着宽度方向的截面(X-Z平面)剖视时具有大致帽形状。在骨架构件1中，第一钢板10与第二钢板20叠合。第一钢板10和第二钢板20借助多个第一焊接金属部40焊接而一体化。
第一钢板10是在图1的X-Z平面剖视时形成为大致帽形状的构件，形成骨架构件1的外形。第一钢板10具有第一顶壁部11、自第一顶壁部11经由第一弯折部13弯折的第一纵壁部15、以及自第一纵壁部15的与第一顶壁部11侧相反的一侧的端部向外方弯折的凸缘部17。第一钢板10在第一顶壁部11的两侧具备槽部18，该槽部18是通过具有经由第一弯折部13弯折的第一纵壁部15而构成的。另外，第一钢板10具备配置于槽部18的两外侧的凸缘部17。
此外，通过凸缘部17与板状构件(未图示，相当于后述的作为第三钢板的板状构件30)，骨架构件1能够设为闭合截面形状。在此，图1的X-Z平面截面是指与第一弯折部13的棱线垂直的面。第一弯折部13的棱线将使第一顶壁部11的外表面延伸而得到的假想面与使第一纵壁部15的外表面延伸而得到的假想面的交线作为棱线。
第二钢板20在图1的X-Z平面剖视时形成为一侧开口的矩形形状。第二钢板20具有第二顶壁部21和自第二顶壁部21经由第二弯折部23延伸的第二纵壁部25。第二钢板20与第一钢板10的大致帽形状的内侧壁面叠合地安装，作为加强构件发挥功能。即，通过第二钢板20与第一钢板10的大致帽形状的内侧叠合地安装，能够增加骨架构件1的板厚，作为骨架构件1整体的强度提高。
第二钢板20可以在第一钢板10的长度方向上局部地设置。另外，第二钢板20也可以在第一钢板10的长度方向(图1中的Y方向)的整体范围内延伸地设置。另外，第二钢板20也可以设于第一钢板10的大致帽形状的外侧壁面。
第二钢板20不限定于在图1的X-Z平面剖视时一侧开口的矩形形状。例如也可以是截面L字形状的构件。在该情况下，第二钢板20安装于第一钢板10的第一弯折部13的弯曲内侧或弯曲外侧。
第二钢板20在槽部18处与第一钢板10叠合即可，也可以是以下的任一种情况。第二钢板20配置于第一钢板10的第一顶壁部11和两侧的第一纵壁部15的内侧或外侧的情况。第二钢板20配置于第一钢板10的第一顶壁部11和仅一侧的第一纵壁部15的内侧或外侧的情况。第二钢板20配置于第一钢板10的第一顶壁部11和第一纵壁部15中的任一者的内侧或外侧的情况。
作为构成第一钢板10的材料，能够列举拉伸强度为1.0GPa以上且1.6GPa以下的钢板。另外，作为构成第一钢板10的材料，期望是拉伸强度为1.5GPa以下的钢板。进而，作为构成第一钢板10的材料，期望是拉伸强度为1.35GPa以下的钢板。此外，本公开所说的第一钢板10的拉伸强度是利用之后说明的热冲压加工方法进行了硬度控制后的拉伸强度。作为第一钢板10所使用的钢板的板厚，能够列举0.9mm～2.3mm左右。另外，能够将第一钢板10所使用的钢板中的碳成分设为0.23质量％以下。进而，能够将第一钢板10所使用的钢板中的碳成分设为0.16质量％以下。通过将钢板中的碳成分抑制得较低，能够抑制第一焊接金属部40的韧性下降。
作为构成第二钢板20的材料，能够列举拉伸强度为1.8GPa以上且2.5GPa以下的钢板。在焊接性的观点上，拉伸强度更期望为2.15GPa以下。此外，本公开所说的第二钢板20的拉伸强度是利用之后说明的热冲压加工方法进行了硬度控制之后的拉伸强度。此外，在不能采集拉伸试验样本的情况下，拉伸强度也可以转换维氏硬度地使用。硬度的转换使用JIS的硬度转换表(SAE J 417 1983年修订)即可。在硬度转换表中没有的拉伸强度2.15Gpa视为Hv618，2.5Gpa视为Hv720。作为第二钢板20所使用的钢板的板厚，能够列举0.9mm～2.6mm左右。为了确保作为加强材料的强度，第二钢板20所使用的钢材中的碳成分能够设为例如0.27％以上且0.38％以下。
第一钢板10和第二钢板20既可以是相同的板厚，也可以是不同的板厚。在不同的板厚的情况下，通过将形成骨架构件1的外形的第一钢板10设为较薄的板厚，另一方面使作为加强构件的第二钢板20比较厚，能够在确保强度的同时使骨架构件1作为整体而轻量化。
[第一焊接金属部的周边区域的硬度]
参照图2具体地说明利用第二钢板20实现的骨架构件1的强度提高效果。图2是表示本实施方式的骨架构件1的弯曲强度比与第二钢板20的拉伸强度的关系的曲线图。在图2中，将第二钢板20的钢板设为第一钢板10所使用的钢板的强度等级的上限即拉伸强度为1.6Gpa的钢板的情况下的骨架构件1的弯曲强度设为1而作为比较对象(图2中的白圆)。此时，在第二钢板20使用拉伸强度为1.8Gpa的钢板的情况下，骨架构件1的弯曲强度比显示1.15左右的值。即，通过将第二钢板20的钢板的拉伸强度设为1.8GPa以上，使骨架构件1整体的强度提高。另外，在第二钢板20使用拉伸强度为2.0Gpa的钢板的情况下，骨架构件1的弯曲强度比显示1.23左右的值。进而，在第二钢板20使用拉伸强度为2.5Gpa的钢板的情况下，骨架构件1的弯曲强度比显示1.45左右的值。
通过这样第二钢板20使用拉伸强度为1.8GPa以上的钢板，即使第一钢板10使用1.6GPa以下的钢板，也能够提高骨架构件1的整体强度。
另一方面，若第二钢板20的拉伸强度变得过高，则像后述那样第一焊接金属部40的硬度变得过高，第一钢板10与第二钢板20的接合强度有可能下降。因此，第二钢板20的拉伸强度设为2.5GPa以下。
接下来参照图3说明形成为闭合截面的骨架构件1的X-Z平面的截面形状。图3是表示本实施方式的骨架构件1的一例的X-Z平面的剖视图，是图1中的I－I’剖视图。其中，如图3所示，本实施方式的骨架构件1通过第一钢板10的凸缘部17焊接于作为第三钢板的板状构件30而形成为闭合截面。在骨架构件1的闭合截面的内侧设有第二钢板20。第二钢板20借助第一焊接金属部40与第一钢板10焊接。板状构件30(第三钢板)与凸缘部17的界面利用第二焊接金属部41接合。
在本实施方式中，第一焊接金属部40形成在第一钢板10的第一顶壁部11与第二钢板20的第二顶壁部21的界面。另外，第一焊接金属部40形成在第一钢板10的第一纵壁部15与第二钢板20的第二纵壁部25的界面。此外，第一焊接金属部40形成于第一顶壁部11与第二顶壁部21的界面或者第一纵壁部15与第二纵壁部25的界面中的至少任一处即可。
第一焊接金属部40在X-Z平面中可以沿着第一顶壁部11与第二顶壁部21的界面或者第一纵壁部15与第二纵壁部25的界面形成于多处。另外，第一焊接金属部40也可以如图1所示沿着骨架构件1的长度方向(图1的Y方向)形成于多处。另外，第一焊接金属部40不仅可以设为点状，也可以设为C字状、日文コ字状、椭圆状、具有预定长度的线状、锯齿状。
此外，在将骨架构件1形成为闭合截面的情况下，第二焊接金属部41能够设在凸缘部17与板状构件30的界面的任意位置，能够设为点状、C字状、日文コ字状、椭圆状、具有预定长度的线状、锯齿状等。
第一焊接金属部40和第二焊接金属部41可通过应用作为公知的技术的各种接合技术来形成。作为形成第一焊接金属部40和第二焊接金属部41的方法的一例，能够列举点焊、激光焊接、点焊和激光焊接的同时使用。
接着，参照图4及图5A和图5B说明本实施方式的第一焊接金属部40及其周围的热影响部。图4是表示本实施方式的第一焊接金属部40的一例的放大图。如图4所示，第一焊接金属部40是在第一钢板10与第二钢板20叠合的界面中第一钢板10的母材与第二钢板20的母材相互熔融凝固而形成的部分。即，第一钢板10与第二钢板20利用第一焊接金属部40在相互叠合的界面处焊接。
在此，以往已知有如下情况：在通过焊接使母材彼此熔融凝固的区域(所谓的熔核部)的周边区域中，由焊接时的热量输入引起特性、组织与母材相比发生变化。该周边区域被称为热影响部(HAZ；Heat Affected Zone)。在焊接对象的构件是含有马氏体组织的钢板的情况下，由于伴随着该热影响部的热量输入引起的温度上升，而局部地产生回火软化。其结果为，有时热影响部的硬度与母材相比下降。这样的热影响部的硬度下降成为焊接后的构件受到载荷的情况下的断裂起点，有可能对构件整体的强度产生较大的影响。
本发明人等发现，特别是在成为焊接对象的构件是具有不同的拉伸强度的高张力钢板的情况下，根据强度的差异，热影响部的硬度差的影响变大。即，在强度比较高的钢板中，由于原本的母材的硬度足够高，因此处于热影响部的硬度下降幅度变大的倾向。另一方面，在强度较低的钢板中，热影响部的硬度下降幅度与强度较高的钢板相比被抑制得较低。因而，在强度互不相同的构件彼此焊接的情况下，强度更高的钢板侧的热影响部的硬度下降相对显著。而且，在出于加强构件的目的而将强度不同的构件彼此焊接的情况下，预想加强的量而设想在产生更大的载荷的条件下使用。在这样的情况下，热影响部的硬度下降有可能对构件整体的强度产生更大的影响。
参照图5A说明实际的焊接部的硬度变化。图5A是表示现有例的焊接部及其周边的硬度变化的一例的曲线图。作为焊接部的硬度测量条件，如下所述。
采集包含骨架构件的第一焊接金属部附近的试样的与板面垂直的截面，进行测量面的试样准备，供硬度试验使用。测量面的准备方法依照JIS Z 2244来实施。在使用#600～#1500的碳化硅纸研磨测量面之后，使用使粒度1μm～6μm的金刚石粉末分散于醇等稀释液、纯水而得到的液体，精加工成镜面，利用苦味醇(picral)进行腐蚀而使熔核出现。硬度试验利用JIS Z 2244所记载的方法来实施。使用维氏硬度试验机对准备了测量面的试样实施硬度测量。在试样截面中的距第一钢板10与第二钢板20的叠合面0.2mm的位置，在从第一焊接金属部的整个区域到母材侧的整体范围内以1kgf的载荷和0.25mm的测量节距测量硬度。图4的连续的点50示意地表示测量部位。
与以第一焊接金属部40(相当于熔核)的中心位置作为原点的情况下的距离相应地绘制各测量点的硬度而得到的是图5A的曲线图。
如图5A所示，第一焊接金属部40的硬度是第一钢板10的硬度与第二钢板20的硬度的大致平均值，例如为500Hv左右。另外，第一钢板10的母材侧的硬度例如为400Hv左右。另外，第二钢板20的母材侧的硬度例如为600Hv左右。
在此，母材侧的硬度是指不会由于根据焊接条件确定的来自第一焊接金属部40的热影响而引起特性变化的区域(自第一焊接金属部40离得足够远的位置)的硬度的平均值。母材侧的硬度是与焊接前的各构件所具有的硬度相同程度的值。另外，第一焊接金属部的硬度是指第一焊接金属部40(熔核)的硬度的平均值。
如图5A所示，如上所述，在存在于第一焊接金属部40的周边的热影响部61处，第一钢板10和第二钢板20的硬度均局部地下降。热影响部61的范围处于从第一焊接金属部40的端部到向外侧距该端部4mm的位置的范围内。
在此，硬度局部地下降的部分是指在硬度变化的测量结果中显示硬度下降的峰值的部分，是指除了测量误差等的变化以外的有意的硬度下降。具体而言，例如是指绝对值为25Hv以上的硬度下降。
第一钢板10的热影响部61的硬度自第一钢板10的母材的硬度局部地下降较大程度(X＝约3mm～4mm、X＝约-4mm～-3.5mm的位置)。硬度差的绝对值最大为80Hv左右。
第二钢板20的热影响部61的硬度自第二钢板20的母材的硬度局部地下降较大程度(X＝约3mm～5mm、X＝约-5.5mm～-3.5mm)。硬度差的绝对值最大为200Hv左右。
上述的第一钢板10和第二钢板20的硬度下降有可能对构件整体的强度产生较大的影响。特别是，第二钢板20的硬度下降有可能对构件整体的强度产生较大的影响。
于是，本发明人等基于深入研究的结果想到抑制第一焊接金属部40周边的硬度下降的做法。特别是，本发明人等进行用于减小由第一焊接金属部40的热量输入产生的影响的后述的预定处理，来控制本实施方式的第一焊接金属部40的周边区域的硬度。
以下参照图5B说明本实施方式的焊接部(第一焊接金属部40及其周边)的硬度变化。图5B是表示本实施方式的第一焊接金属部40及其周边的硬度变化的一例的曲线图。硬度测量的条件与图5A的情况相同。
如图5B所示，第一焊接金属部40的硬度、第一钢板10的母材侧的硬度以及第二钢板20的母材侧的硬度均是与图5A的情况相同程度。
在此，如上所述，在本实施方式的第一焊接金属部40的周边，进行减小由焊接时的热量输入产生的硬度下降等影响的处理。其结果为，在第一焊接金属部40的周边存在与热影响部61对应的周边区域62，来替代以往的热影响部61。该周边区域62的范围设为沿着第一焊接金属部40的周缘从第一焊接金属部40的端部到向外侧距该端部4mm的位置的范围。
第一焊接金属部40的端部是指能够通过上述的第一焊接金属部40的硬度测量条件下的腐蚀处理来视觉识别的第一焊接金属部40的分界线。具体而言，在焊接方法是点焊的情况下是第一焊接金属部40与母材的分界。另外，在激光焊接的情况下是第一焊接金属部40的宽度方向端部的分界。
如图5B所示，本实施方式的第一钢板10的周边区域62的硬度未相对于第一钢板10的母材的硬度局部地下降较大程度。换言之，本实施方式的第一钢板10的周边区域62的硬度的下限值成为第一钢板10的母材的硬度以上。
另外，如图5B所示，本实施方式的第二钢板20的周边区域62的硬度未相对于第二钢板20的母材的硬度局部地下降较大程度。即，第二钢板20的周边区域62的硬度为600Hv左右，成为与第二钢板20的母材的硬度同等程度。具体而言，如图5B所示，本实施方式的第二钢板20的周边区域62的硬度的下限值与第二钢板20的母材的硬度差的绝对值控制在100Hv以下。
进而，为了掌握第二钢板20的周边区域62的硬度的下限值与第二钢板20的母材的硬度的关系，而调查了周边区域62的硬度的下限值与第二钢板20的母材的硬度的比例对周边区域62的断裂发生产生的影响。
用于进行调查的实验条件如下所述。在由尺寸为1.6t×25mm×200mm的拉伸强度为1.3Gpa的钢板制成的第一试验片的中央部叠合由尺寸为1.3t×25mm×25mm的拉伸强度为1.8Gpa的钢板制成的第二试验片并进行点焊，制成多个拉伸试验片。在对各试验片进行点焊之后，适当改变条件地进行加热处理，做成周边区域62的硬度的下限值/母材硬度(％)不同的试验片。对于上述的试验片以10mm/min的速度实施拉伸试验，在断裂之后观察断裂面，评价断裂状态。将结果归纳于以下的表1中。
[表1]
Figure BDA0003026372710000111
如表1所示，在第二钢板20的周边区域62的硬度的下限值(最低维氏硬度)为小于第二钢板20的母材的硬度的80％的值的情况下，若对骨架构件1施加冲击载荷，则在周边区域62中发生断裂。另一方面，在第二钢板20的周边区域62的硬度的下限值为第二钢板20的硬度的80％以上的情况下，即使对骨架构件1施加冲击载荷，在周边区域62中也未发生断裂。
因而可知，通过将本实施方式的第二钢板20的周边区域62的硬度的下限值(最低维氏硬度)设为第二钢板20的母材的硬度的80％以上，使得骨架构件1整体的强度提高。特别是，第二钢板20的周边区域62的硬度的下限值(最低维氏硬度)可以设为第二钢板20的母材的硬度的90％以上。以上说明了周边区域62的硬度的下限值与第二钢板20的硬度的比例对周边区域62的断裂发生产生的影响。
本实施方式的第一焊接金属部40与母材之间的热影响部61、周边区域62的硬度控制通过应用作为公知技术的各种表面处理、表面加工或者热处理技术来进行。作为硬度控制的方法的一例，能够列举后述的利用焊接后的热冲压加工方法进行的硬度控制。
[第一焊接金属部的硬度]
另外，除了控制第二钢板20的周边区域62的硬度的下限值(最低维氏硬度)以外，将第一焊接金属部40的维氏硬度设在预定范围内也是重要的。即，在第一焊接金属部40中，由于第一钢板10与第二钢板20熔融而凝固，因此第一焊接金属部40的硬度能够推断为第一钢板10的硬度与第二钢板20的硬度的大致平均值。
如上所述，为了提高骨架构件1的整体强度，用作加强构件的第二钢板20的拉伸强度越高，则骨架构件1的整体强度越高，是有效的。然而，由于第一焊接金属部40的硬度是第一钢板10的硬度与第二钢板20的硬度的大致平均值，因此处于若第二钢板20的拉伸强度升高则第一焊接金属部40的硬度也成正比地升高的关系。其结果为，第一焊接金属部40的硬度变得过高，韧性变差，在对骨架构件1施加外力时，会担心第一焊接金属部40断裂。
于是，在本公开中，通过将第二钢板20的拉伸强度设为2.5GPa以下，来避免由第一焊接金属部40的硬度变得过高引起的韧性变差。
如图6所示，利用第一焊接金属部40将均为平板状的第一钢板10和第二钢板20接合。第一焊接金属部40的直径(熔核直径)为6.3mm。然后，将第一钢板10和第二钢板20相互拉伸，测量拉伸剪切强度(kN)。将结果表示于表2和图7中。
[表2]
Figure BDA0003026372710000131
作为第一焊接金属部40的韧性变差的指标，将拉伸剪切强度为20.0kN设为合格线。在第一焊接金属部40的硬度处于400～540的范围的标记D、E、F、G处，拉伸剪切应力为20.0kN以上，满足合格线。另一方面，在第一焊接金属部40的硬度小于400的标记A、B、C及第一焊接金属部40的硬度大于540的标记H、I处，拉伸剪切应力小于20.0kN。
(作用效果)
根据本实施方式，由于将由强度比较低的钢板制成的第一钢板10和由强度比较高的钢板制成的第二钢板20焊接，在提高骨架构件1的强度的同时进而避免了第一焊接金属部40处的硬度下降，因此能够充分地发挥强度较高的钢板的加强效果。而且，在本实施方式中，替代以往的热影响部，而控制从第一焊接金属部40的端部到向外侧距该端部4mm的位置的区域中的硬度变化。其结果为，在第一焊接金属部40的周边不产生热影响部的强度下降区域，因此在碰撞时构件不会以强度下降区域为起点发生断裂，能够最大限度地发挥由第一钢板10与第二钢板20的焊接实现的强度提高效果。
根据本实施方式，骨架构件1的外形部分由强度比较低的第一钢板10形成。其结果为，在向骨架构件1输入了冲击载荷的情况下，骨架构件1不会断裂而是较大程度地变形，因此能够增大冲击吸收能量。
根据本实施方式，通过将第二钢板20的拉伸强度设为2.5GPa以下，使第一焊接金属部40的硬度处于400～540的范围，韧性提高。因此，第一钢板10与第二钢板20的接合强度增加，即使在向骨架构件1输入了冲击载荷的情况下，也能够维持第一钢板10与第二钢板20的接合状态。因此，骨架构件1能够不断裂而是较大程度地变形，因此能够进一步增大冲击吸收能量。
[变形例]
接下来使用图8说明本实施方式的骨架构件1的变形例。图8是表示本实施方式的骨架构件1的另一例的立体图。本变形例与上述的实施方式相比，第二钢板20的第二纵壁部25的端缘形状不同。此外，由于本变形例的其他结构与上述的实施方式是共同的，因此省略说明。
如图8所示，在本变形例中，第一钢板10在图6中的X-Z平面剖视时具有大致帽形状。第二钢板20具有在X-Z平面剖视时一侧开口的矩形形状。第二钢板20安装于第一钢板10的内侧壁面。
第二钢板20成为第二纵壁部25的端缘沿着骨架构件1的长度方向(Y方向)交替地反复设有凹凸的波浪形状。即，在第二钢板20中，第二纵壁部25的延伸方向(Z方向)长度周期性地变化。在第二纵壁部25的凸起部分形成有第一焊接金属部40，借助第一焊接金属部40将第一钢板10和第二钢板20焊接在一起。
在本变形例中，由于第二钢板20的第二纵壁部25的端缘具有凹凸，因此能够谋求与凹部相应的量的轻量化。而且，由于在第二钢板20的第二纵壁部25的凸部形成有第一焊接金属部40，因此利用凹部将来自长度方向的应力的传递切断，减轻应力向第一焊接金属部40的集中。以上说明了本实施方式的骨架构件1的变形例。
[热冲压加工方法]
接下来参照图9说明本实施方式的骨架构件1的制造方法的一例。图9是表示本实施方式的骨架构件的制造方法的一例的图。如图9所示，首先准备第一钢板10和第二钢板20作为坯料(平板构件)。接着，借助第一焊接金属部40将第一钢板10和第二钢板20相互焊接。将由借助第一焊接金属部40而一体化的第一钢板10和第二钢板20构成的坯料在加热炉中加热到约900℃的奥氏体区域。之后，利用热冲压加工方法将坯料成形为预定的形状并且淬火，而形成骨架构件1。此时，利用加热淬火工序将第一焊接金属部40的热影响部的硬度控制在预定的范围内。接着，实施喷丸，除去钢板表面的氧化皮。此外，在对钢板实施镀铝类、镀锌类等镀敷处理的情况下，不需要喷丸工序。
一般而言，淬火后的拉伸强度为1.6GPa以下的钢板大多不应用于热压材料用钢板(热冲压加工方法所使用的钢板)。其原因在于，在拉伸强度1.6GPa以下的区域中对冷轧高强度钢板进行冷压的方法在经济上是有利的。若拉伸强度为1.5GPa以下进而为1.35GPa以下，则更不能采用热压材料用钢板。
为了局部地提高汽车等的骨架构件的刚度，在提高刚度的部位进行使第二钢板与第一钢板叠合的操作。此时，若使被淬火的(被热压的)钢板彼此叠合地焊接，则焊接金属部的周围软化。即，在焊接金属部的周围出现HAZ软化部。若存在HAZ软化部，则在对汽车等的骨架构件赋予了载荷时，骨架构件容易自HAZ软化部损坏。为了避免这一点，在本公开中，预先准备事先通过使第一钢板10与第二钢板20叠合地焊接而制成的热压用钢板，进行热压(热冲压)。由此，能够通过热压(热冲压)时的淬火使焊接时产生的HAZ软化部消失。
不过，即便使HAZ软化部消失，若淬火后第一焊接金属部40的硬度变得过高，则在对汽车等的骨架构件1赋予了载荷时，也是第一焊接金属部40断裂，骨架构件1容易损坏。为了避免这一点，在本公开中，为了使第一焊接金属部40即使被淬火硬度也不会变得过高，而使第一钢板10的拉伸强度比较低，并且对第二钢板20的拉伸强度设定上限。只要是淬火后(热冲压之后)的第一钢板10的拉伸强度为1.0GPa～1.6GPa且淬火后(热冲压之后)的第二钢板20的拉伸强度为1.8GPa～2.6Gpa的组合，就能够避免第一焊接金属部40的硬度变得过高。即，只要将通常热冲压所不使用的拉伸强度为1.6GPa以下的钢板应用于第一焊接金属部40，就能够避免第一焊接金属部40的硬度变得过高。若拉伸强度为1.5GPa以下进而为1.35GPa以下，则显示更高的效果。
此外，期望的是，淬火后(热冲压之后)的第一焊接金属部40的硬度以维氏硬度表示为400Hv～540Hv。
[与第三钢板的关系]
本公开的骨架构件1可以像之前在图3中说明的那样形成为闭合截面。在设为闭合截面的情况下，作为第三钢板的板状构件30焊接于第一钢板10的凸缘部17。因此，在第一钢板10的凸缘部17与板状构件30的界面存在第二焊接金属部41。
通常第一钢板10的凸缘部17与板状构件30的焊接在热压(热冲压)之后进行。因此，在第一钢板10的凸缘部17和板状构件30中，在第二焊接金属部41的附近出现热影响部(HAZ；Heat Affected Zone)。
然而，如之前图5A也表示的那样，第一钢板10的拉伸强度为1.0GPa～1.6Gpa，是比较低的值，因此在第一钢板10中能够减小由HAZ引起的强度下降的影响。另外同样地，通过将作为第三钢板的板状构件30的拉伸强度设为0.45GPa～1.6Gpa这样的比较低的值，使得在板状构件30中也能够减小由HAZ引起的强度下降的影响。板状构件30的拉伸强度更优选为0.6GPa～1.35Gpa，最优选为0.6Gpa～1.25GPa。
此外，板状构件30一般也被称为封闭板。即使板状构件30(封闭板)的拉伸强度较低，骨架构件1整体的性能(初始载荷、冲击能量吸收性能)也不易下降。另外，通过第一钢板10和板状构件30使用拉伸强度比较低的含碳量较低的钢板，使得第一钢板10的凸缘部17与板状构件30的焊接也良好，两者之间的接合强度提高。
根据本实施方式，由强度比较低的第一钢板10形成骨架构件1的外形部分，并在第一钢板10的凸缘部17处焊接于板状构件30，从而骨架构件1形成为闭合截面。由于第一钢板10的强度被设定得比较低，因此能够减轻凸缘部17的焊接中的热影响部的硬度下降。其结果为，能够提高第一钢板10与板状构件30的焊接强度。即，在骨架构件1中，能够抑制以第一钢板10与板状构件30的焊接部位为起点的破坏的发生，能够提高骨架构件1的强度。
[本公开的实施方式的骨架构件的应用例]
以上详细地说明了本公开的优选的实施方式。以下参照图10～图15C说明本公开的实施方式的骨架构件的应用例。图10是表示作为应用本公开实施方式的骨架构件1的一例的汽车骨架100的图。骨架构件1可作为驾驶室骨架或冲击吸收骨架构成汽车骨架100。作为驾驶室骨架的骨架构件1的应用例能够列举车顶中心加强件201、上边梁203、B柱207、下边梁209、通道211、A柱下部213、A柱上部215、踩踏加强件227、地板梁229、地板下部加强件231、前顶梁233等。
另外，作为冲击吸收骨架的骨架构件1的应用例能够列举后纵梁205、挡板上梁217、保险杠加强件219、碰撞盒221、前纵梁223等。
图11A是作为B柱207a而应用本实施方式的骨架构件1的一例的外观立体图。另外，图11B是图11A中的II-II’剖视图。如图10和图11A所示，B柱207a是在车辆的侧面在前部座席与后部座席之间将地板和顶板之间结合的柱状构件。在B柱207a中，本实施方式的骨架构件1应用于将地板和顶板结合的部分。
如图11B所示，B柱207a通过剖视时为大致帽形状的第一钢板10的凸缘部焊接于作为第三钢板的对方构件70而形成为闭合截面。在B柱207的闭合截面的内侧设有剖视时一侧开口的矩形形状的第二钢板20。第二钢板20借助第一焊接金属部40与第一钢板10的内侧壁面焊接。作为一例，对方构件70在沿着板宽方向的剖视时的两端具有凸缘部和与各凸缘部相邻并且向闭合截面外侧突出的两个突出部。而且，在对方构件70中，平板部将两个突出部之间连接起来。
B柱207a以第一钢板10侧成为车身外侧并且对方构件70侧成为车身内侧的方式配置。此外，也可以在B柱207a的车身外侧还设有从外方覆盖第一钢板10的作为第四构件的罩构件。
接着，图12A是表示作为B柱207b而应用本实施方式的骨架构件1的另一例的外观立体图。另外，图12B是图12A中的III-III’剖视图。如图12A和图12B所示，B柱207b通过剖视时为大致帽形状的第一钢板10的凸缘部焊接于作为第三钢板的对方构件70而形成为闭合截面。在B柱207b的闭合截面的外侧设有剖视时一侧开口的矩形形状的第二钢板20。第二钢板20借助第一焊接金属部40焊接于第一钢板10的外侧壁面。此外，在图12A所示的方式中，第一钢板10的下部成为利用激光与拉伸强度比第一钢板10的拉伸强度低的第四钢板71对接焊接的设为附图标记72的构造。由此，在侧面碰撞时，通过作为B柱207b的下部的第四钢板71变形来高效地吸收碰撞能量。第一钢板10和第四钢板71是例如将拼焊板(TWB)压制成形而成的构件。此外，也可以将第一钢板10和第四钢板局部地叠合而点焊。
由于其他的结构与图11A和图11B所示的B柱207a是同样的，因此省略说明。此外，图11A所示的B柱207a也是，第一钢板10的下部也可以与图12A同样地与拉伸强度比第一钢板10的拉伸强度低的第四钢板焊接。
接着，图13A是表示作为上边梁203而应用本实施方式的骨架构件1的一例的外观立体图。另外，图13B是图13A中的IV-IV’剖视图。如图10和图13A所示，上边梁203是沿车身前后方向延伸的形成顶板的车身宽度方向的侧部的柱状构件。本实施方式的骨架构件1应用于上边梁203。
如图13B所示，上边梁203通过剖视时为大致C字形状的第一钢板10的端部焊接于作为第三钢板的对方构件70而形成为闭合截面。在上边梁203的闭合截面的内侧设有剖视时一侧开口的矩形形状的第二钢板20。第二钢板20借助第一焊接金属部40与第一钢板10的内侧壁面焊接。
上边梁203以第一钢板10侧成为车身外侧并且对方构件70侧成为车身内侧的方式配置。作为一例，对方构件70设为在板宽方向上的多处弯曲且在沿着板宽方向的剖视时向闭合截面外侧凸出的弯曲形状。另外，对方构件70的宽度方向的一端被弯折，从而在对方构件70形成凸缘部。此外，也可以在车身外侧还设有从外方覆盖第一钢板10的作为第四构件的罩构件80。
接着，图14A是表示作为下边梁209而应用本实施方式的骨架构件1的一例的外观立体图。另外，图14B是图14A中的V-V’剖视图。如图10和图14A所示，下边梁209是处于车身侧面的下部且沿车身前后方向延伸的柱状构件。本实施方式的骨架构件1应用于下边梁209。
如图14B所示，下边梁209通过剖视时为大致帽形状的第一钢板10的凸缘部焊接于作为第三钢板的对方构件70而形成为闭合截面。在下边梁209的闭合截面的内侧设有剖视时形成为L字形状的第二钢板20。第二钢板20借助第一焊接金属部40与第一钢板10的弯折部的内侧壁面焊接。
下边梁209以第一钢板10侧成为车身外侧并且对方构件70侧成为车身内侧的方式配置。对方构件70在剖视时形成为大致帽形状。此外，也可以在车身外侧还设有从外方覆盖第一钢板10的作为第四构件的罩构件80。
接着，图15A是表示作为后纵梁205而应用本实施方式的骨架构件1的一例的分解立体图。另外，图15B是图15A中的VI-VI’剖视图。另外，图15C是表示作为地板梁237而应用本实施方式的骨架构件的一例的剖视图。地板梁237是在车身下表面沿车身前后方向或车身宽度方向延伸的形成地板的柱状构件。后纵梁205是特别在车身后方形成地板的柱状构件。本实施方式的骨架构件1应用于后纵梁205或地板梁237。
如图15A和图15B所示，在剖视时为大致帽形状的第一钢板10的内侧设有剖视时一侧开口的矩形形状的第二钢板20。第二钢板20借助第一焊接金属部40与第一钢板10的内侧壁面焊接。
另外，如图15C所示，地板梁237通过第一钢板10的凸缘部焊接于作为第三钢板的对方构件70而形成为闭合截面。在地板梁237的闭合截面的内侧设有第二钢板20(自前纵梁踩踏部连接的构件)。第二钢板20借助第一焊接金属部40与第一钢板10的内侧壁面焊接。另外，对方构件70在剖视时形成为大致帽形状。而且，在第一钢板10与对方构件70之间还设有板状构件30(地板)。此外，也可以还设有从外方覆盖对方构件70的作为第四构件的罩构件。
如以上说明的那样，通过骨架构件1被用作驾驶室骨架或冲击吸收骨架，使得骨架构件1具有充分的耐载荷，因此能够减小碰撞时的变形。另外，骨架构件1也能提高变形能，在向汽车骨架100输入有侧面碰撞等的情况下，也能够通过充分的变形来吸收冲击，从而保护骨架内部。以上对本公开的实施方式的骨架构件的应用例进行了说明。
实施例
为了评价本实施方式的骨架构件1的特性，实际制作本实施方式的骨架构件1，从各种观点进行特性评价。骨架构件1的截面结构如图3所示，骨架构件1的高度(图3中的Z方向)设为60mm，骨架构件1的宽度(图3中的X方向)设为80mm，骨架构件1的长度(图3中的Y方向)设为800mm。实施例使用1.2GPa的钢板作为第一钢板10，使用1.8GPa的钢板作为第二钢板20，利用热冲压加工方法将在预定条件下将第一钢板10和第二钢板20点焊而成的坯料成形为大致帽形状。进而将大致帽形状的凸缘部17与板状构件30焊接，做成闭合截面的骨架构件1。
比较例1使用1.8GPa的钢板作为形成骨架构件1的外形的构件和加强构件。首先，在利用热冲压加工方法将各构件成形为大致帽形状之后进行点焊，将它们一体化。进而将大致帽形状的凸缘部与板状构件焊接，做成闭合截面的骨架构件。
比较例2将单一的1.8GPa的钢板成形为大致帽形状，在凸缘部进行局部回火，降低硬度。进而将帽形状的构件在凸缘部与板状构件焊接，做成闭合截面的骨架构件。此外，板材构件使用780MPa级的钢板。
针对上述的骨架构件测量焊接部周边的硬度。另外，实施对骨架构件的两端赋予弯曲力矩的抗压试验。将评价结果归纳于表3中。
[表3]
Figure BDA0003026372710000211
如表3所示，比较例1通过将两个构件焊接，使作为骨架构件的刚度充分，为OK评价。另一方面，从两个构件间的接合强度的观点出发，比较例1由于点焊时的热量输入而发生第一焊接金属部40周边的热影响部的硬度下降，接合强度得不到充分的值，为NG评价。另外，在比较例1中，将大致帽形状的凸缘部和板状构件焊接的结果为，第一焊接金属部40周边的热影响部的硬度下降和第一焊接金属部40的强度下降显著，为NG评价。认为其原因在于，比较例1的大致帽形状构件由1.8GPa的钢板制成，热影响部的软化显著，并且钢板中的碳成分比较高，因此第一焊接金属部40的脆化较大。另外，在比较例1中，大致帽形状构件的纵壁部是1.8GPa的钢板，为高强度，但由于变形能较小，因此不较大程度地变形，在纵壁部产生裂纹，为NG评价。
另外，比较例2由于将单一的构件成形为大致帽形状，因此刚度不充分，为NG评价。另外，比较例2由于是单一的构件，因此无法评价构件间的接合强度。在比较例2中，将大致帽形状的凸缘部和板状构件焊接的结果为，通过将凸缘部局部地回火，能够避免焊接金属部的周边的局部的硬度下降，为OK评价。在比较例2中，大致帽形状的纵壁部是1.8GPa的钢板，为高强度，但由于变形能较小，因此不较大程度地变形，在纵壁部产生裂纹，为NG评价。
实施例通过将两个构件焊接，使骨架构件1整体的刚度充分，为OK评价。另外，从两个构件间的接合强度的观点出发，实施例将第一焊接金属部40的周边区域62的硬度变化设定在预定的范围内，因此未发生硬度下降，接合强度为充分的值，为OK评价。另外，在实施例中，将第一钢板10和板状构件30焊接的结果为，凸缘部17是1.2GPa的钢板，能够减轻凸缘部17处的第二焊接金属部41周围的热影响部的硬度下降。另外，由于第一钢板10的碳成分比较少，因此能够抑制凸缘部17处的第二焊接金属部41的韧性下降。因而，与板状构件30的接合强度不下降，为OK评价。在实施例中，由于第一纵壁部15也是1.2GPa的钢板，变形能较大，因此相对于冲击载荷而言较大程度地变形，冲击吸收能量较大，因此成为OK评价。这样，本实施方式的骨架构件1从各种观点来看都显示了具有高性能。
以上参照附图对本公开的优选实施方式进行了详细的说明，但本公开不限定于所述示例。显然的是，只要是具有本公开所属的技术领域中的通常的知识的人员，就能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修改例，并且可了解到这些变更例或修改例当然也属于本公开的保护范围。
例如在上述实施方式中，凸缘部17焊接于板状构件30，但本公开不限定于该例。例如也可以是第一纵壁部15的端部不借助凸缘部17焊接而是直接焊接。另外，例如也可以不是板状构件30而是对方构件是具有凸缘部的截面帽形状的构件，本实施方式的骨架构件1的凸缘部17与对方构件的凸缘部焊接。板状构件30作为一例，能够列举板厚为0.6mm～2.6mm且拉伸强度为270MPa～1600MPa的一张以上成形的钢板。板状构件30的钢板表面既可以是非镀层，也可以进行镀锌类、镀铝类等镀敷处理。另外，作为焊接方法，能够列举点焊、激光焊接、电弧焊接、点焊与激光焊接的同时使用、点焊与电弧焊接的同时使用、点焊与螺栓、螺钉、铆钉等机械接合的同时使用、点焊与密封剂或粘接剂的同时使用。另外，此时的第二焊接金属部41不仅可以设为点状，也可以设为C字状、日文コ字状、椭圆状、具有预定长度的线状、锯齿状。
附图标记说明
1、骨架构件；10、第一钢板；11、第一顶壁部；13、第一弯折部；15、第一纵壁部；17、凸缘部；18、槽部；20、第二钢板；21、第二顶壁部；23、第二弯折部；25、第二纵壁部；30、板状构件(第三钢板)；40、第一焊接金属部；41、第二焊接金属部；62、周边区域(区域)；70、对方构件(第三钢板)。

Claims (3)

1.一种汽车骨架构件，其中，
该汽车骨架构件包括第一钢板、第二钢板以及接合所述第一钢板与所述第二钢板的界面的第一焊接金属部，
所述第一钢板的拉伸强度为1.0GPa以上且1.6GPa以下，
所述第二钢板的拉伸强度为1.8GPa以上且2.5GPa以下，
所述第一钢板具备槽部，
所述第二钢板与所述槽部叠合，
所述第二钢板的所述第一焊接金属部的周围4mm以内的区域的最低维氏硬度为所述第二钢板的所述区域的外侧的硬度的80％以上。
2.根据权利要求1所述的汽车骨架构件，其中，
所述第一焊接金属部的维氏硬度为400以上且540以下。
3.根据权利要求1或2所述的汽车骨架构件，其中，
所述第一钢板在所述槽部的外侧具备凸缘部，
该汽车骨架构件包括第三钢板和接合所述第三钢板与所述凸缘部的界面的第二焊接金属部，
所述第三钢板的拉伸强度为0.45GPa以上且1.6GPa以下。
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