JP2002020853A

JP2002020853A - 鋼板部材でなる成形体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002020853A
Application number: JP2000202438A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Hanakawa; 勝則花川; Yasuaki Ishida; 恭聡石田; Mitsugi Fukahori; 貢深堀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-23
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: JP2002018868A; DE60128624D1; JP3659135B2; JP3823695B2; US20020069938A1; DE60128624T2; US6723175B2; EP1172454B1; EP1172454A1

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼板素材を塑性加工した後に窒化処理を施し
て高強度の鋼板部材でなる成形体を得るに際して、鋼板
の塑性加工性を確保した上で、窒化処理後に十分に高い
強度特性を有する成形体が確実に得られるようにする。【解決手段】引張強さが５００ＭＰａ以下で窒化元素
を含有する鋼板素材を準備し、該鋼板素材に塑性加工を
施して所定形状の成形体を形成した後、得られた鋼板部
材の板厚方向における平均硬度がビッカース硬さでＨｖ
３００以上となるように上記成形体に窒化処理を施すこ
とを特徴とし、また、上記成形体の鋼板部材表面部分と
板厚方向における内部中央との硬度差が、ビッカース硬
さでＨｖ２００以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば自動車等
の車両の車体用のパネル部材や構造部材などのような、
鋼板部材でなる成形体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に良く知られているように、近年、
自動車等の車両については、車両運行上の経済性向上の
要求に加えて環境問題の観点から燃費性能の向上が強く
求められており、特に、車両重量の大部分を占める車体
について、より一層の軽量化が要求されている。一方、
車両衝突時における乗員保護性能を維持・向上させるた
めには、一定以上の車体強度および車体剛性を確保する
必要がある。このように、自動車の車体には、衝突時の
安全性向上のための車体強度および剛性の確保と燃費性
能向上のための軽量化とを、両立して達成することが求
められている。

【０００３】周知のように、車両衝突時の乗員保護性能
を高めるためには、車体のパネル部材や構造部材の形成
に用いる鋼板自体を高強度化するか、若しくは鋼板の板
厚を増したり補強部材を追加的に設けて構造上の強化を
図る必要がある。しかしながら、これらの方法のうち、
後者の方法（構造上の強化）については、鋼板の板厚ア
ップや補強部材を追加的に設けることが不可避的に車体
重量の増加を招くことになるので、基本的には採用し難
い。

【０００４】一方、前者の方法（鋼板自体の高強度化）
については、鋼板のプレス成形等の塑性加工性確保上の
制約から、通常、引張強さ４４０ＭＰａ（メガパスカ
ル）クラス（所謂、４４０ＭＰａ鋼板で、規格上の引張
強さの最低値が４４０ＭＰａに規定されており、実際上
は、４４０〜約５００ＭＰａ程度の範囲の引張強さを有
している。）までの鋼板しか適用できず、それ以上の高
強度の鋼板では成形が極めて困難であることが知られて
いる。しかしながら、上記程度（略５００ＭＰａ以下）
の引張強さでは、高強度な鋼板を用いて薄肉化を図るに
しても、車体の軽量化や製造コストの低減等に関して十
分な効果を達成することは難しい。

【０００５】ところで、鋼素材に対する熱処理の一種と
して、窒化元素を含有した鋼素材（所謂、窒化鋼）に所
定の熱処理（窒化処理）を施すことによって、内部が比
較的柔らかく表面部分およびその近傍の硬度が非常に高
い鋼部材が得られることは、従来、公知である。この窒
化処理は、本来、部材内部の硬度上昇を抑制しその靭性
を確保した上で表面部の耐摩耗性向上を図るものであ
り、部材全体としての強度向上を目的としたものではな
いのであるが、近年では、車体の軽量化と強度・剛性の
確保とを両立させる観点から、かかる窒化処理を含む表
面熱処理技術を自動車の構造用部材や補強部材などに適
用することが考えられている。例えば、特開平１１−２
７９６８５号公報では、衝撃吸収性に優れた高強度プレ
ス成形体を寸法良く且つ低コストで製造することを目的
にして、特定組成の窒化鋼板をプレス加工した後に窒化
処理を施すことが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術では、たとえ窒化鋼板をプレス加工した後に窒化
処理を施すことにより、プレス成形性を確保した上で鋼
板自体の高強度化を図っても、実際には、窒化処理後に
得られる強度（引張強さ）が最高でも７００ＭＰａ程度
と、なお十分ではないため、車体の軽量化や製造コスト
の低減等に関して余り大きな効果を得ることはできなか
った。

【０００７】そこで、この発明は、鋼板素材を塑性加工
した後に窒化処理を施して高強度の鋼板部材でなる成形
体を得るに際して、鋼板の塑性加工性を確保した上で、
窒化処理後に十分に高い強度特性を有する成形体が確実
に得られるようにすることを基本的な目的としてなされ
たものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述のように鋼板自体の
高強度化によって車体の軽量化や製造コストの低減を図
る場合、一般に、達成される鋼板強度に応じてその効果
（特に経済的効果）に差が出るものであるが、本願発明
者らは、上記の技術的課題に鑑みて鋭意研究を重ねた結
果、図５に示すように、特定の（１０００ＭＰａ程度
の）引張強さ値を境にして、得られる経済的効果に著し
い差異が生じることを見出した。すなわち、鋼板の引張
強さが１０００ＭＰａ程度未満の場合には、引張強さの
向上に応じて車体鋼板の板厚を薄く設定できることによ
る効果が得られるだけであるが、鋼板の引張強さが１０
００ＭＰａ程度以上になると、板厚を薄くできるだけで
なく、補強部材を不要にすることが可能になり、当該補
強部材の削減に伴なって、車体重量の削減や材料費の低
減はもとより、当該部材のための金型費用や組付工数も
不要となるので、得られる経済効果が著しく大きくなる
のである。

【０００９】尚、鋼板自体の高強度化による（つまり、
鋼板素材の薄肉化による）車体の軽量化を検討する場
合、車体構造上、強度だけでなく剛性の確保が重視され
る（換言すれば、車体全体の剛性に対する寄与度が高
い）車体部分や構造部材については、鋼板自体を高強度
化してその強度を確保したとしても、板厚を薄くするこ
とは剛性確保上不利になるので、一般的には薄肉化によ
る軽量化の対象とすることは好ましくなく、車体全体の
剛性に対する寄与度が比較的低くて、且つ、一定以上の
強度保持が求められる車体部分や構造部材について、そ
の適用が検討されることが望ましい。

【００１０】更に、本願発明者らは、この窒化処理技術
の車体鋼板への適用についての研究開発を進める過程
で、窒化処理を施した鋼板の硬度は、鋼板素材自体の違
いや処理条件の違いに応じて、その板厚方向に種々の分
布を有することとなるのであるが、その平均硬さと引張
強さとの間に高い相関性があり、この板厚方向における
平均硬さを所定値とすることにより、それに対応した所
期の引張強さが得られることを見出した。また、平均硬
さが同じであれば、板材の表面部分（表面およびその近
傍部分）と内部中央との硬度差が大きくなるほど引張強
さや伸び特性が低下し、特に、この硬度差が一定の値を
上回ると、これら引張強さおよび伸び特性が急激に落ち
込むことを見出した。

【００１１】そこで、本願の第１の発明に係る鋼板部材
でなる成形体の製造方法は、引張強さが５００ＭＰａ以
下で窒化元素を含有する鋼板素材を準備し、該鋼板素材
に塑性加工を施して所定形状の成形体を形成した後、得
られた鋼板部材の板厚方向における平均硬度がビッカー
ス硬さでＨｖ３００以上となるように、上記成形体に窒
化処理を施すことを特徴としたものである。

【００１２】ここに、鋼板部材の引張強さの上限値を５
００ＭＰａとしたのは、引張強さがこの値を越えると、
プレス加工等の塑性加工性が著しく低下し、塑性加工が
困難となるからである。尚、市場で入手できる所謂４４
０ＭＰａ鋼板は、前述のように、規格上の引張強さの最
低値が４４０ＭＰａに規定されており、実際上は、４４
０〜約５００ＭＰａ程度の範囲の引張強さを有してい
る。また、窒化処理後の鋼板部材の板厚方向における平
均硬度の下限値をＨｖ３００としたのは、上述のよう
に、板厚を薄くできるだけでなく補強部材を不要にで
き、車体重量の削減や材料費の低減のみならず当該部材
のための金型費用や組付工数も不要とすることによって
著しく大きい経済効果を得るためには、鋼板の引張強さ
を１０００ＭＰａ程度以上にする必要があるが、この引
張強さを得るためには上記平均硬度をＨｖ３００以上と
する必要があるからである。

【００１３】また、本願の第２の発明は、上記第１の発
明において、上記鋼板素材は、窒化元素として、チタニ
ウム（Ｔｉ），ニオブ（Ｎｂ），ボロン（Ｂ），バナジ
ウム（Ｖ），アルミニウム（Ａｌ）の少なくとも１種の
元素を所定量含有していることを特徴としたものであ
る。

【００１４】ここに、チタン（Ｔｉ）の含有量としては
０．１４重量％以上、ニオブ（Ｎｂ）の含有量としては
０．１重量％以下、ボロン（Ｂ）の含有量としては０．
００５重量％以下、バナジウム（Ｖ）の含有量としては
０．１重量％以下、また、アルミニウム（Ａｌ）含有量
としては０．０６重量％以下であることが、それぞれ好
ましい。

【００１５】更に、本願の第３の発明は、上記第１また
は第２の発明において、上記成形体の鋼板部材表面部分
と板厚方向における内部中央との硬度差が、ビッカース
硬さでＨｖ２００以下であることを特徴としたものであ
る。

【００１６】ここに、上記成形体の鋼板部材表面部分と
板厚方向における内部中央との硬度差の上限値をＨｖ２
００としたのは、上述のように、板厚方向における平均
硬さが同じでも、鋼板部材の表面部分（表面およびその
近傍部分）と内部中央との硬度差が大きくなるほど引張
強さや伸び特性が低下するが、この硬度差がＨｖ２００
を越えると、これら引張強さおよび伸び特性の低下度合
いが急激なものとなるからである。

【００１７】また、更に、本願の第４の発明は、上記第
１〜第３の発明のいずれか一において、上記成形体の特
定部位のみが窒化処理で高強度化され、該成形体が折り
曲げ変形する際には、上記特定部位と非特定部位との境
界部分を起点にして変形することを特徴としたものであ
る。

【００１８】また、更に、本願の第５の発明は、上記第
４の発明において、上記窒化処理前に、上記成形体の上
記特定部位以外の部分にマスキング処理を施すことを特
徴としたものである。

【００１９】また、更に、本願の第６の発明は、上記第
４の発明において、上記成形体の上記特定部位のみを塩
浴槽に浸漬させて窒化処理を施すことを特徴としたもの
である。

【００２０】また、更に、本願の第７の発明に係る鋼板
部材でなる成形体は、引張強さが５００ＭＰａ以下で窒
化元素を含有する鋼板部材を所定形状に塑性加工し、該
塑性加工後に窒化処理を施すことにより、板厚方向にお
ける平均硬度がビッカース硬さでＨｖ３００以上とされ
ていることを特徴としたものである。

【００２１】ここに、鋼板部材の引張強さの上限値を５
００ＭＰａ以下とし、また、窒化処理後の鋼板部材の板
厚方向における平均硬度の下限値をＨｖ３００としたの
は、上記第１の発明における場合と同様の理由による。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本実施の
形態に係る成形体の素材として用いられる鋼板素材につ
いて説明する。本実施の形態では、成形体の素材鋼板と
して、窒化元素を含有した、所謂、窒化鋼板が用いら
れ、その合金成分としては、下記表１に示す範囲の含有
量（重量％）の鉄鋼基本５元素（Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ及
びＳ）と、同じく表１に示す範囲の含有量（重量％）の
窒化元素の少なくとも１種の元素を含有するものとし
た。尚、本明細書において、「窒化処理」と言うとき
は、特にことわらない限り、一般的な窒化処理のみなら
ず軟窒化処理をも含むものとし、塩浴窒化処理を含む液
体窒化処理およびイオン窒化処理を含むガス窒化処理
等、あらゆる種類の窒化および軟窒化処理を含むものと
する。

【００２３】

【表１】

【００２４】各合金元素の含有量を表１のように規定し
たのは、以下の理由による。すなわち、炭素（Ｃ）含有
量の上限値を０．００３重量％としたのは、本実施の形
態に係る鋼板素材では、窒化処理により板厚方向におけ
る平均硬度を高めるためにチタン（Ｔｉ）やニオブ（Ｎ
ｂ）等の窒化元素を添化するが、Ｃ含有量が０．００３
重量％を越えると、窒化元素と結び付いて炭化物（Ｔｉ
ＣやＮｉＣ等）を析出し易くなり、窒化処理前における
塑性加工性を低下させるとともに、窒化元素をより多く
添化する必要が生じるからである。

【００２５】珪素（Ｓｉ）含有量の上限値を０．０５重
量％としたのは、Ｓｉ含有量がこの値を越えると、フェ
ライト組織中への固溶量が多くなって窒化処理前におけ
る塑性加工性を低下させ、また、窒化処理時に窒素
（Ｎ）と結び付いて窒化物（ＳｉＮ）を析出し易くなる
ので、鋼板素材内部までＮを進入させて板厚方向におけ
る硬度分布のフラット化を図ることが難しくなるからで
ある。

【００２６】マンガン（Ｍｎ）含有量の上限値を０．５
重量％としたのは、Ｍｎはフェライト組織中に固溶する
固溶強化元素であり、窒化処理時にＮの鋼板素材内部へ
の進入に悪影響を及ぼすとともに、硫黄（Ｓ）と結び付
いてＭｎＳを析出し表面疵を引き起こすので、その含有
量を抑制する必要があり、０．５重量％以下とすること
が望ましいからである。

【００２７】リン（Ｐ）含有量の上限値を０．０５重量
％としたのは、Ｐはフェライト組織中に固溶する固溶強
化元素であり、窒化処理前における塑性加工性を低下さ
せるとともに、窒化処理時にＮの鋼板素材内部への進入
に悪影響を及ぼすので、その含有量を抑制する必要があ
り、０．０５重量％以下とすることが望ましいからであ
る。

【００２８】硫黄（Ｓ）含有量の上限値を０．０２重量
％としたのは、上述のように、ＳはＭｎと結び付いてＭ
ｎＳを析出し表面疵を引き起こすので、その含有量を抑
制する必要があり、０．０２重量％以下とすることが望
ましいからである。

【００２９】チタン（Ｔｉ）の含有量の下限値を０．１
４重量％としたのは、Ｔｉはフェライト組織中に固溶し
たＣやＮを析出固定して組織の塑性加工性を高めること
ができ、また、窒化物形成元素であり、０．１４重量％
以上添加することで更に高硬度の窒化物（ＴｉＮ）を析
出し、板厚方向における平均硬さを高めることができ
る。含有量が０．１４重量％未満では、その効果が小さ
いからである。

【００３０】ニオブ（Ｎｂ）は、Ｔｉと同じく、フェラ
イト組織中に固溶したＣやＮを析出固定して組織の塑性
加工性を高めることができ、また、窒化物形成元素であ
り、これを含有させることで高硬度の窒化物を析出し、
窒化処理により板厚方向における平均硬さを高めること
ができる。好ましくは、Ｎｂを０．０４重量％以上含有
させることで、かかる効果をより確実に奏することがで
きる。Ｎｂ含有量の上限値を０．１重量％としたのは、
この値を越えてＮｂを添加してもその効果が飽和するか
らである。

【００３１】ボロン（Ｂ）は、窒化処理によって窒化物
（ＢＮ）を析出し、窒化処理により板厚方向における平
均硬さを高めることができる。好ましくは、Ｂを０．０
０１重量％以上含有させることで、かかる効果をより確
実に奏することができる。Ｂ含有量の上限値を０．００
５重量％としたのは、Ｂ含有量がこの値を越えると、窒
化処理前における塑性加工性が悪化するからである。

【００３２】バナジウム（Ｖ）は、Ｎの拡散を促進し窒
化物（ＶＮ）を析出するもので、０（ゼロ：零）重量％
より大の所定量含有させることで、窒化処理により板厚
方向における平均硬さを高めることができるものであ
る。Ｖ含有量の上限値を０．１重量％としたのは、Ｖ含
有量がこの値を越えると、鋼板の表面側に多量の窒化物
を析出して結果的にＮの鋼板内部への進入を阻害し、内
部まで十分に硬化させることができず、板厚方向におけ
る硬度分布をフラットにすることが困難になるからであ
る。

【００３３】アルミニウム（Ａｌ）は窒化物形成元素で
あり、これを添加することで硬度を高めることができ
る。好ましくは、Ａｌを０．０３重量％以上含有させる
ことで、かかる硬度向上効果をより確実に奏することが
できる。Ａｌ含有量の上限値を０．０６重量％としたの
は、Ａｌ含有量がこの値を越えると表面側での硬化が顕
著になり、板厚方向における硬度分布をフラットにする
ことが困難になるからである。

【００３４】以上のように、鋼板素材に、窒化元素とし
て、チタニウム（Ｔｉ），ニオブ（Ｎｂ），ボロン
（Ｂ），バナジウム（Ｖ），アルミニウム（Ａｌ）の少
なくとも１種の元素を所定量含有させることにより、窒
化処理による熱処理効果を確実に得ることが可能になる
のである。尚、以上の窒化元素のうちでは、主としてＴ
ｉが用いられ、好ましくは、他の窒化元素（Ｎｂ，Ｂ，
Ｖ，Ａｌ）は、必要に応じてこのＴｉの補助として用い
られる。すなわち、窒化元素として１種類の元素（Ｔ
ｉ）を余り多量に添加することが好ましくない場合があ
り得るので、かかる場合には、Ｔｉの含有量をある程度
抑制して他の窒化元素（Ｎｂ，Ｂ，Ｖ，Ａｌ）を適量添
加することが好ましい。

【００３５】＜試験１＞本実施の形態に係る成形体およ
び製造法の具体例の説明に先立って、種々の供試材・サ
ンプルを用いて、窒化処理を施して得られる鋼板の種々
の機械的特性や得られる引張強さと経済効果（自動車の
車体の軽量化および製造コスト低減に及ぼす効果）など
を調べるために行なった種々の試験や試算について説明
する。まず、鋼板素材の合金成分が窒化処理後における
板厚方向の硬度分布および平均硬度に及ぼす影響を調べ
る試験１を行った。この試験１に用いた供試材ａ〜ｄの
鋼種および材質・板厚ならびに合金成分（基本５元素）
は、表２に示す通りであった。尚、これら供試材の準拠
規格は、日本鉄鋼連盟規格（ＪＦＳ）である。

【００３６】

【表２】

【００３７】供試材ａは、いわゆる低炭素鋼であり、Ｓ
ｉ，Ｍｎ，Ｐ及びＳ含有量については上述の表１で示し
た規定範囲に適合しているが、Ｃ含有量はかなり多い
（上限値の１０倍以上）。また、供試材ｄは、いわゆる
高張力鋼であり、Ｐ及びＳ以外の合金元素については含
有量が上述の表１で示した規定範囲を大きく越えてお
り、４４０ＭＰａ以上の引張強さを有している。

【００３８】尚、供試材ｂと供試材ｃとは共に、いわゆ
る極低炭素鋼であり、フェライト組織中に固溶した炭素
（Ｃ）及び窒素（Ｎ）と結び付いて炭化物および窒化物
を析出させるチタン（Ｔｉ）を含有している（通常、極
低炭素鋼では約０．０５重量％程度のＴｉを含有してい
る）が、供試材ｃの方が供試材ｂよりも、このＴｉ含有
量が多かった。

【００３９】上記各供試材ａ〜ｄに対して同一処理条件
でそれぞれ窒化処理（５７０℃の雰囲気温度でガス軟窒
化処理）を施し、その際、各供試材ごとにその窒化処理
時間を０．５時間（ｈ）〜１０．０時間（ｈ）の範囲で
５段階にわたって変えて窒化処理したサンプルを採取
し、板厚方向におけるビッカース硬さ（Ｈｖ：測定荷重
２００ｇ）の分布をそれぞれ測定した。

【００４０】測定結果は、図１〜図４に示す通りであっ
た。この測定結果から良く分かるように、供試材ａは、
供試材ｂ及びｃに比べてＣ含有量が多い関係上、窒化処
理前の母材硬度は高いが、窒化処理による硬度の上昇量
は非常に小さい。また、鋼板の表面部分と板厚方向にお
ける中央部分とで硬度差は非常に小さく、板厚方向にお
ける硬度分布は略フラット（平坦）な形状を呈してい
た。窒化処理時間を長くした場合、板厚方向における硬
度分布がよりフラット化する効果が若干認められるが、
硬度レベル（板厚方向における平均硬度）が元々低いの
で、余り顕著なものではない。以上のように、供試材ａ
の場合には、窒化処理後の板厚方向における平均硬度は
低く、また、板厚方向における硬度分布は略フラットに
なることが分かった。

【００４１】供試材ｂの場合は、窒化処理による硬度上
昇量が、供試材ａに比して大きいが供試材ｃに比べると
小さい。また、鋼板の表面部分と板厚方向における中央
部分とで硬度差は、窒化処理時間が短い場合には大きい
が、処理時間が長くなると非常に小さくなって板厚方向
における硬度分布は略フラット（平坦）な形状を呈して
いる。窒化処理時間を長くすることにより、板厚方向に
おける硬度分布をフラット化する効果が明確に認められ
る。以上のように、供試材ｂの場合には、一定以上の処
理時間で窒化処理した後の板厚方向における平均硬度は
（供試材ａの場合に比べて）若干高くなり、また、板厚
方向における硬度分布は略フラットになることが分かっ
た。

【００４２】供試材ｃの場合は、窒化処理による硬度上
昇量が供試材ｂに比して更に大きくなっている。これ
は、供試材ｂに比べてＴｉの含有量が多いことに因るも
のであると考えられる。また、鋼板の表面部分と板厚方
向における中央部分とで硬度差は、窒化処理時間が短い
場合には非常に大きいが、処理時間が長くなるほど小さ
くなり、６時間以上の処理時間では、板厚方向における
硬度分布は若干の膨らみは残るが全体として略フラット
（平坦）な形状を呈している。この場合も、窒化処理時
間を長くすることにより、板厚方向における硬度分布を
フラット化する効果が明確に認められる。以上のよう
に、供試材ｃの場合には、一定以上の処理時間で窒化処
理した後の板厚方向における平均硬度は（供試材ｂの場
合に比べて）高くなり、また、板厚方向における硬度分
布は略フラットになることが分かった。

【００４３】供試材ｄの場合は、窒化処理時間を長くす
ることによって板厚方向における平均硬度としてはかな
り高い値が得られるものの、長時間の窒化処理を行なっ
ても鋼板の板厚方向における中央部分およびその近傍の
硬度上昇が殆ど見られず、鋼板の表面部分と板厚方向に
おける中央部分との硬度差が極めて大きく、板厚方向に
おける硬度分布は全体として逆放物線状を呈している。
これは、合金元素が多量に含まれており、表面近傍で窒
化物を析出させる関係上、Ｎが鋼板内部にまで進入でき
ず、窒化処理による硬度上昇効果が表面およびその近傍
領域に限られることに因るものと考えられる。以上のよ
うに、供試材ｄの場合には、一定以上の処理時間で窒化
処理することにより、板厚方向における平均硬度は高く
できるものの、板厚方向における略中央部分およびその
近傍領域の硬度を高めることができず、鋼板の表面部分
と板厚方向における中央部分との硬度差が極めて大きく
なることが分かった。

【００４４】尚、以上の硬度測定において、板厚方向に
おける平均硬度の算出は、例えば、板厚方向に所定のプ
ロット幅（例えば、０．０５ｍｍ幅）でビッカース硬さ
を測定して行き、これら全ての測定値を平均して算出し
た。この代わりに、以上のようにプロットして得られた
各測定値ポイントを結んで硬度分布曲線を描き、この硬
度分布曲線と座標軸（硬さゼロ（０：零）の基準線と板
材の端部を示す一対の基準線）とで囲まれた領域の面積
を算出し、この面積を板厚で割り算して得られた値を平
均硬度としても良い。

【００４５】＜試験２＞次に、窒化処理後における鋼板
の引張強さと板厚方向における平均硬度との相関性を調
べる試験を行った。この試験は、供試材の鋼種や化学組
成あるいは窒化処理条件等を様々に変更して、窒化処理
後の板厚方向における平均硬度が広範囲（略Ｈｖ８０〜
Ｈｖ３３０程度の範囲）に異なる多数のサンプルを製作
し、これらサンプルの引張強さを測定して上記平均硬度
との相関性を調べた。試験結果は図６に示す通りであ
り、窒化処理後における鋼板の板厚方向における平均硬
度（ビッカース硬さＨｖ：測定荷重２００ｇ）と引張強
さとの間には、非常に高い相関性があることが分かっ
た。

【００４６】車体パネルや構造部材の形成に用いる鋼板
自体を高強度化することによって車体の軽量化や製造コ
ストの低減を図る場合、達成される鋼板強度に応じてそ
の効果（特に経済的効果）に差が出るものである。そこ
で、プレス成形性確保の観点からは上限値である約４４
０ＭＰａ以上に鋼板の引張強さを高めた場合に得られる
経済的効果をシミュレーションにより試算した。この試
算は、普通乗用車タイプの自動車の車体を対象として行
なった。

【００４７】その結果、図５に示すように、特定の引張
強さ値の近辺（本試算では、略１０００ＭＰａ近辺）を
境にして、得られる経済的効果に著しい差異が生じるこ
とが分かった。すなわち、鋼板の引張強さが１０００Ｍ
Ｐａ程度未満の場合には、引張強さの向上に応じて車体
鋼板の板厚を薄く設定できることによる効果が得られる
だけであるが、鋼板の引張強さが１０００ＭＰａ程度以
上になると、板厚を薄くできるだけでなく、補強部材を
不要にすることが可能になり、当該補強部材の削減に伴
なって、車体重量の削減や材料費の低減はもとより、当
該部材のための金型費用や組付工数も不要となるので、
得られる経済効果が著しく大きくなるのである。そし
て、上記試験２の試験結果（図６）を参照すれば、この
ような大きな経済的効果を達成すべく、鋼板の引張強さ
を略１０００ＭＰａ程度以上とするためには、板厚方向
における平均硬度は略Ｈｖ３００以上にすれば良いこと
が分かる。

【００４８】＜試験３＞次に、窒化処理による硬化パタ
ーン、すなわち、窒化処理後の板厚方向における硬度分
布の分布形状が（換言すれば、鋼板の表面部分と板厚方
向における中央部分との硬度差が）鋼板の引張強さや伸
び特性に及ぼす影響を調べる試験を行った。この試験
は、板厚方向における平均硬度が同等（例えば、Ｈｖ２
８０）で硬化パターンが異なる多数のサンプルを製作
し、これらサンプルの引張強さおよび伸びを測定して上
記硬度差との関係を調べた。

【００４９】試験結果は図７（引張強さ）及び図８（伸
び特性）に示す通りであり、引張強さおよび伸び特性の
両方について、鋼板の表面部分と板厚方向における中央
部分との硬度差が大きくなるほど測定値が低下すること
が分かった。これは、鋼板の表面部が内部よりも硬いた
め、鋼板長手方向に引張荷重が作用した際には、基本的
には表面は伸びにくくて内部のみが伸び易く、応力が表
面部に集中して割れ発生を招き、亀裂が急速に伝播する
ことによる強度低下を来すためであると考えられる。ま
た、鋼板の表面部分と板厚方向における中央部分との硬
度差が大きくなることに起因するこのような引張強さの
低下および伸び特性の低下は、特に、上記硬度差がＨｖ
２００を越えるとより顕著になることが分かった。

【００５０】以上のように、板厚方向における平均硬度
を一定以上に保っても、鋼板の表面部分と板厚方向にお
ける中央部分との硬度差がある程度以上大きい場合に
は、鋼板の引張強さについて平均硬度に対応した所期の
値が得られるとは一概は言えないが、板厚方向の硬化パ
ターンをできるだけフラットな形状にすることにより、
具体的には、鋼板の表面部分と板厚方向における中央部
分との硬度差を略Ｈｖ２００以下に抑えることにより、
引張強さおよび伸び特性の急激な低下を回避して、より
安定した高強度化を図ることができる。

【００５１】前述のように、鋼板の高強度化によって大
きな経済的効果を達成すべく、鋼板の引張強さを略１０
００ＭＰａ程度以上とするためには、板厚方向における
平均硬度は略Ｈｖ３００以上で、且つ、表面部分と中央
部分との硬度差をＨｖ２００以下にすれば良い。尚、こ
のとき、窒化処理前の鋼板素材としては、窒化処理前に
行なわれるプレス成形等の塑性加工での加工性を良好に
保つ観点から、引張強さが５００ＭＰａ以下のものが採
用される。

【００５２】以上のように、鋼板素材の引張強さを５０
０ＭＰａ以下とすることにより、窒化処理前におけるプ
レス加工等の塑性加工性を十分に確保できる。また、窒
化処理後の鋼板部材の板厚方向における平均硬度をＨｖ
３００以上とすることにより、当該鋼板部材の引張強さ
を１０００ＭＰａ程度以上にすることができ、非常に大
きい経済効果を得ることができる。例えば、自動車の車
体用のパネル部材や構造部材に適用した場合には、板厚
を薄くできるだけでなく補強部材を不要にでき、車体重
量の削減や材料費の低減のみならず当該部材のための金
型費用や組付工数も不要とすることができ、著しい経済
効果を得ることができる。

【００５３】更に、板厚方向における平均硬さが同じで
も、鋼板部材の表面部分（表面およびその近傍部分）と
内部中央との硬度差が大きくなるほど引張強さや伸び特
性が低下するのであるが、上記成形体の鋼板部材表面部
分と板厚方向における内部中央との硬度差をＨｖ２００
以下とすることにより、これら引張強さおよび伸び特性
の急激な低下を回避して、より安定した高強度化を達成
することができるのである。

【００５４】尚、以上の説明は、鋼板素材（板状の鋼製
素材）についてのものであったが、板状のものに限ら
ず、例えば所定肉厚のパイプ状の鋼製素材などについて
も、その鋼製素材の引張強さを５００ＭＰａ以下とする
ことにより、また、窒化処理後の鋼製部材の板厚方向に
おける平均硬度をＨｖ３００以上とすることにより、更
には、窒化処理後の鋼製部材の表面部分と板厚方向にお
ける内部中央との硬度差をＨｖ２００以下とすることに
より、それぞれ上述の板状鋼製素材の場合と同様の効果
が得られるものである。

【００５５】次に、以上のような鋼製素材を用い以上の
ような窒化処理を施すことによって製造される鋼製部材
（成形体）の種々の具体例について説明する。尚、以下
の各具体例の説明においては、重複を避けるために繰り
返して記載はしないが、特にことわらない限り、少なく
とも窒化処理を行なう部材もしくは部分に用いられる鋼
製素材は、上記表１に規定された範囲の鉄鋼基本５元素
（Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ）を含有し、また、上述のよ
うに、窒化元素として、チタニウム（Ｔｉ），ニオブ
（Ｎｂ），ボロン（Ｂ），バナジウム（Ｖ），アルミニ
ウム（Ａｌ）の少なくとも１種の元素を所定量（表１参
照）含有し、更に、上述のように引張強さが５００ＭＰ
ａ以下とされたものである。また、窒化処理としては、
上述のように、窒化処理後の鋼製部材の板厚方向におけ
る平均硬度がＨｖ３００以上で、更に、窒化処理後の鋼
製部材の表面部分と板厚方向における内部中央との硬度
差がＨｖ２００以下となるように、条件設定した上で処
理が行なわれるものである。

【００５６】まず、鋼板部材でなる成形体およびその製
造方法の一具体例について、自動車の車体ピラーの補強
部材に適用した場合を例にとって説明する。図９（ａ）
及び（ｂ）は、自動車の車体側部の略中央部において上
下方向へ伸びるセンタピラーの内部に組み込まれる鋼板
製の補強部材（センタピラー・レインフォースメント：
以下、適宜、センタピラー・レインと略称する。）の窒
化処理前の状態および窒化処理後の状態をそれぞれ模式
的に示す正面説明図である。

【００５７】これらの図に示すように、センタピラー・
レイン１０（図９（ｂ）参照）は、上下方向へ伸びる本
体部１１（レイン本体）と、該レイン本体１１の上端部
に設けられ車体の天井側部に位置するルーフレール（不
図示）内に組み込まれる前後方向の上端基部１２と、上
記レイン本体１１の下端部に設けられ車体のフロア側部
に位置するサイドシル（不図示）内に組み込まれる前後
方向の下端基部１３とで構成され、これら各部１１，１
２及び１３が１枚物の窒化鋼板をプレス加工して一体形
成されている。

【００５８】上記センタピラー・レイン１０が主要な補
強部材としてその内部に組み込まれるセンタピラー（不
図示）は、周知のように、車両が側方からの衝突（所
謂、側突）を受けた際には、その衝撃エネルギを分散さ
せて乗員保護の役割を果たし得るものであるが、側突時
における折り曲げ変形の変形モードを好適に制御するこ
とによって、乗員の安全性をより高めることができる。
すなわち、センタピラー・レイン１０のレイン本体１１
は、車室内の乗員シート部（不図示）に対応する部分を
境にして、それよりも上側領域に対応するベルトライン
部分１１Ｕと下側領域に対応するヒンジ部分１１Ｌとで
成っているが、側突時、センタピラーが折れ曲がる際に
は、車室内の乗員位置に対応するベルトライン部分１１
Ｕの車室内への進入が極力抑制されることが好ましい。
換言すれば、このベルトライン部分１１Ｕの下側に位置
するヒンジ部分１１Ｌが、ベルトライン部分１１Ｕに比
して優先的に変形することが好ましい。

【００５９】従って、上記ベルトライン部分１１Ｕの直
下側部分１１Ｐを折れ曲がり易くして、側突荷重が入力
された際には、このベルトライン直下側部分１１Ｐで優
先的に折れ曲がり、この直下側部分１１Ｐを起点として
ヒンジ部分１１Ｌが優先的に変形するように、センタピ
ラー・レイン１０のレイン本体１１が折れ曲がることが
好ましい。このように折れ曲げ時の変形モードを設定す
ることにより、上記ベルトライン部分１１Ｕの車室側へ
の進入を極力抑制して、乗員の安全性をより高めること
ができるのである。

【００６０】そこで、本具体例では、センタピラー・レ
イン１０の窒化処理前の状態を示すセンタピラー・レイ
ン成形体１０’（図９（ａ）参照）に対して部分的に窒
化処理を施し、高強度化を図りたいベルトライン部分１
１Ｕを含む高強度化領域１０Ｈと、ベルトライン部分１
１Ｕに比して優先的に折れ曲がるように設定したいヒン
ジ部分１１Ｌを含む非高強度化領域１０Ｍとの境界を上
記ベルトライン直下側部１１Ｐとした。

【００６１】このように設定することにより、上記境界
部分１１Ｐでは、高強度化領域１０Ｈと非高強度化領域
１０Ｍとの強度上の差が生じることになるので、センタ
ピラー・レイン１１はこの境界部分１１Ｐで折れ曲がり
易くなる。また、上記ベルトライン直下側部１１Ｐより
上方で高強度化領域１０Ｈに対応するベルトライン部分
１１Ｕが、窒化処理によって高強度化されて変形しにく
くなる一方、上記ベルトライン直下側部１１Ｐより下方
で非高強度化領域１０Ｍに対応するヒンジ部分１１Ｌ
は、高強度化されないので相対的に変形し易くなる（つ
まり、ベルトライン部分１１Ｕに比して優先的に折れ曲
がる）。

【００６２】このような部分窒化処理を行うには、窒化
処理に先立って、上記非高強度化領域１０Ｍをマスキン
グ処理しておけば良い。このマスキング処理は、例え
ば、非高強度化領域１０Ｍを適切な被覆材（例えばメッ
キ皮膜等の皮膜も含む）で覆うことによって行なうこと
ができる。マスキング処理を行なった場合には、ガス窒
化法および塩浴窒化法のいずれの方法でも適用すること
ができる。このように、窒化処理前に上記成形体１０の
特定部位１０Ｈ以外の部分（非特定部位１０Ｍ）にマス
キング処理を施すことにより、確実かつ簡単に上記成形
体１０の特定部位１０Ｈのみを窒化処理で高強度化する
ことができる。

【００６３】上記のようなマスキング処理を行なわない
場合には、塩浴窒化法を適用し、高強度化領域１０Ｈの
みを塩浴槽内に浸漬させ、非処理領域１０Ｍは塩浴槽の
外部に保持するようにすれば良い。このように、上記成
形体１０の上記特定部位１０Ｈのみを塩浴槽に浸漬させ
て窒化処理を施した場合には、別工程（マスキング工
程）を設ける必要がなしに、確実に上記成形体１０の特
定部位１０Ｈのみを窒化処理で高強度化することができ
る。

【００６４】以上のように、上記成形体（センタピラー
・レイン１０）の特定部位（高強度化領域１０Ｈ）のみ
が窒化処理で高強度化され、該成形体１０が折り曲げ変
形する際には、上記特定部位１０Ｈと非特定部位（非強
度化領域１０Ｍ）との境界部分１１Ｐを起点にして変形
するので、一体物の成形体１０について、例えば節部材
や部分的な補強部材等の別部材を設ける必要無しに、折
り曲げ変形時の変形モードを好適に制御することができ
るのである。

【００６５】次に、鋼板部材でなる成形体の他の具体例
について、自動車の車体フレームであるフロントフレー
ムを例にとって説明する。図１０は、自動車の車体前部
の左右側部において前後方向へ伸びるフロントフレーム
を模式的に示す斜視図である。この図に示すように、上
記フロントフレーム２０は、その断面形状がハット状
（コ字形断面の両端末部に、外側へ張り出すフランジ状
部分が一体化された形状）にプレス成形された対を成す
２枚の鋼板部材２０ａ，２０ｂを、その断面の開口部が
向かい合うように接合して形成されている。

【００６６】上記フロントフレーム２０は、周知のよう
に、車両が正面衝突した際には、その衝撃エネルギを吸
収して乗員保護の役割を果たし得るものであるが、この
場合には、フレーム２０自体が座屈することにより、そ
の座屈過程で衝突エネルギが吸収される。そして、この
ようにフレーム自体の座屈によってエネルギ吸収を行う
場合には、フレーム２０ができるだけ折り畳まれるよう
に座屈変形することによって、より効果的なエネルギ吸
収を行なうことができる。

【００６７】そこで、本具体例では、窒化鋼板を素材に
用いてフロントフレーム成形体を形成した上で、図１０
に示すように、所定幅にそれぞれ設定された複数の高強
度化領域２０Ｈが、非高強度化領域２０Ｍをそれぞれ間
に挟んだ状態で、フレーム２０の長手方向に並ぶように
部分窒化処理を施した。尚、このようにプレス成形した
窒化鋼板でフロントフレーム成形体を形成した後に部分
窒化処理を施す代わりに、窒化鋼板をプレス成形した後
に各プレス成形体に部分窒化処理を施し、その後に両者
を接合してフロントフレームを完成するようにしても良
い。

【００６８】このような部分窒化処理を行なうことによ
り、フロントフレーム２０は、高強度化された部分２０
Ｈ（高強度化領域）が強化されていない部分２０Ｍ（非
高強度化領域）を間に挟んで長手方向に配列されること
となり、強度差をもった領域が周期的に（所定幅で）繰
り返して現れることにより、長手方向から衝突荷重が入
力された際には、フレーム２０が折り畳まれるように座
屈変形し易くなり、効率良くエネルギ吸収量を高めるこ
とができるのである。

【００６９】このような部分窒化処理を行うには、窒化
処理に先立って、上記非処理領域２０Ｍをマスキング処
理しておけば良い。このマスキング処理は、例えば、非
処理領域２０Ｍを適切な被覆材（例えばメッキ皮膜等の
皮膜も含む）で覆うことによって行なうことができる。
このようなマスキング処理を行なった場合には、ガス窒
化法および塩浴窒化法のいずれの方法でも適用すること
ができる。

【００７０】上記のように一つの成形体中に他の部分と
強度差をもった部分を形成する方法としては、所謂、テ
イラード・ブランク法により形成された部材を用いる方
法がある。次に、鋼板部材でなる成形体の更に他の具体
例について、図１１（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説
明する。本具体例に係るフロントフレーム３０（図１１
（ｂ）参照）は、図１０に示したものと同様に、その断
面形状がハット状にプレス成形された対を成す２枚の鋼
板部材３０ａ，３０ｂを、その断面の開口部が向かい合
うように接合して形成されている。

【００７１】このフロントフレーム３０は、図１１
（ａ）に示すフロントフレーム成形体３０’に所定の硬
化熱処理（本具体例では、例えば窒化処理）を施して得
られたもので、該フロントフレーム成形体３０’は、窒
化処理によって高強度化されない第１プレス成形部３
１’と、窒化処理によって高強度化し得る第２プレス成
形部３２’とで構成されている。

【００７２】すなわち、上記フロントフレーム成形体３
０’は、所謂、テイラード・ブランク法により形成され
たもので、具体的には図示しなかったが、例えば窒化元
素を含有せず窒化処理によって高強度化されない鋼板素
材で成る第１ブランク材（鋼板素材）と、窒化元素を含
有し窒化処理にて高強度化され得る第２ブランク材とを
溶接接合して予備成形体を形成し、こうして得られた１
枚物の板材（予備成形体）をプレス成形することによ
り、上述のように断面形状がハット状をなす鋼板部材３
０ａ’を作製する。また、これと組み合わされる鋼板部
材３０ｂ’を同様の方法で作製し、両者を溶接接合する
ことにより、上記第１プレス成形部３１’と第２プレス
成形部３２’とを有する上記フロントフレーム成形体３
０’が得られる。

【００７３】尚、上記第１プレス成形部３１’は、例え
ば、上述のように窒化元素を含有しない鋼板を素材（第
１ブランク材）として形成されても良く、或いは、素材
としては窒化元素を含有した窒化鋼板であっても、所定
の何等かの仕様（例えば、板厚など）が第２ブランク材
とは異なる鋼板を素材（第１ブランク材）として形成さ
れても良い。一方、上記第２プレス成形部３２’は、窒
化鋼板を素材（第２ブランク材）として形成され、窒化
処理で高強度化され得る成形体部分を成している。

【００７４】この場合には、窒化処理に先立って、上記
第１プレス成形部３１’をマスキング処理しておけば良
い。このマスキング処理は、例えば第１プレス成形部３
１’を適切な被覆材（例えばメッキ皮膜等の皮膜も含
む）で覆うことによって行なうことができる。マスキン
グ処理を行なった場合には、ガス窒化法および塩浴窒化
法のいずれの方法でも適用することができる。上記のよ
うなマスキング処理を行わない場合には、塩浴窒化法を
適用し、高強度化すべき第２プレス成形部３２’のみを
塩浴槽内に浸漬させ、高強度化しない第１プレス成形部
３１’は塩浴槽の外部に保持するようにすれば良い。

【００７５】上記第１プレス成形部３１’にマスキング
処理を行なう場合、メッキ処理を施してマスキングする
ことが好ましい。自動車の車体下部で使用される部材の
場合、耐食性について厳しい条件が求められるが、窒化
処理のみでは耐食性が十分でないので、第１プレス成形
部３１’をメッキ皮膜で覆うことにより、耐食性の向上
を図ることができるからである。

【００７６】以上のように、第１プレス成形部３１’と
第２プレス成形部３２’とで成るフロントフレーム成形
体３０’を窒化処理することにより、高強度化されてい
ない領域（非高強度化領域）３１と窒化処理で高強度化
された領域（高強度化領域）３２とで成るフロントフレ
ーム３０が得られるのである。かかるフロントフレーム
３０では、非高強度化領域３１と高強度化領域３２との
境界で強度が大きく異なるので、この境界部分を起点と
して折れ曲がり易く、また、高強度化されていない非高
強度化領域３１で折り畳むような座屈が生じて、衝突エ
ネルギを効率良く吸収することが可能になる。

【００７７】上記のようにテーラードブランク法で形成
された部材を用いて一つの部材中に他の部分と強度差を
もった部分を形成する場合、一般に、機械的特性が異な
る鋼板素材（ブランク材）どうしが接合されてプレス加
工されるので、両ブランク材のプレス成形性（換言すれ
ば、素材の伸び特性）に差が生じることに起因して、そ
の接合部に亀裂・破断等の不具合が発生する場合があ
る。そこで、本具体例では、伸び特性が略同等な鋼板素
材をブランク材として用意し、これらをテイラード・ブ
ランク法によって一体的な成形体とし、この成形体に窒
化処理を施して、一つの部材中に他の部分と強度差をも
った部分を有する部材を得るようにした。

【００７８】本具体例で用いた各ブランク材の鋼種およ
び化学組成等の仕様は、表３に示す通りとした。ブラン
ク材１では、窒化元素の１種であるチタン（Ｔｉ）の含
有量については０．０５重量％以下としか規定されてお
らず、窒化処理を施しても余り安定した高強度化は期待
できない。一方、ブランク材２の場合には、Ｔｉの含有
量について０．０５重量％以上と規定されており、窒化
処理による十分に安定した高強度化が期待できるもので
ある。

【００７９】

【表３】

【００８０】また、上記各ブランク材１及び２の素材状
態における（つまり、窒化処理前における）機械的特性
（引張強さおよび伸び特性）は、表４の左欄に示す通り
であった。両者の窒化処理前における伸び特性を比較す
ると、５０％と５５％であり差が５％しかなく、略同等
の伸び特性であると言える。

【００８１】

【表４】

【００８２】以上のような両ブランク材を用い、テイラ
ード・ブランク法を適用して、例えば図１１に示したフ
ロントフレーム３０と同じく、一つの部材中に他の部分
と強度差をもった部分を有する部材を製作した。すなわ
ち、まず、上記ブランク材１を素材とする第１ブランク
材と、上記ブランク材２を素材とする第２ブランク材と
を、例えばレーザ溶接にて接合し、こうして得られた１
枚物の板材（予備成形体）を例えばプレス成形して所定
形状の成形体を得た。このとき、両ブランク材の接合部
に亀裂・破断等の不具合が生じることはなかった。

【００８３】そして、この成形体に例えばガス軟窒化処
理を施した。具体的には、処理温度５７０℃に維持され
たＮＨ₃ガスとＲＸガス（吸熱性）との混合ガス（Ｎ
Ｈ₃：ＲＸ＝１：１）雰囲気中で６時間保持する軟窒化
処理を行なった。尚、この熱処理においても、上記第１
及び第２の両ブランク材の接合部に亀裂・破断等の不具
合が生じることはなかった。

【００８４】これにより、窒化処理で高強度化されない
第１ブランク材で成る領域（第１ブランク材領域）と、
窒化処理で高強度化され得る第２ブランク材で成る領域
（第２ブランク材領域）とで構成された最終部材が得ら
れた。この最終部材の第１ブランク材領域（ブランク材
１）及び第２ブランク材領域（ブランク材２）の窒化処
理後における機械的特性は表４の右欄に示した通りであ
った。また、ブランク材１及びブランク材２について、
窒化処理前および処理後での伸びに対する引張強さの関
係を図１２のグラフに示した。この図１２のグラフにお
いて、実線曲線Ｋ’及びＫが第２ブランク材の窒化処理
前および処理後の特性を示し、破線曲線Ｊ’及びＪが第
１ブランク材の窒化処理前および処理後の特性を示して
いる。

【００８５】この図１２及び上記表４から良く分かるよ
うに、ブランク材２（第２ブランク材領域）は、ブラン
ク材１（第１ブランク材領域）に比べて、窒化処理によ
る引張強さの上昇幅が非常に大きくなっており、一つの
部材中に他の部分と十分な強度差をもった部分を有する
成形体が得られた。また、上記第２ブランク領域の引張
強さは窒化処理によって６５１ＭＰａまで上昇してい
る。この値は、従来ではテイラード・ブランク法を適用
することが到底できなかった引張強度値である。すなわ
ち、本発明方法により、従来ではテイラード・ブランク
法を適用することが到底できなかった高強度の鋼板部材
で成る成形体を同法によって得ることができた。

【００８６】以上のように、所定の仕様について互いに
異なる特性を有する板状部材（第１ブランク材と第２ブ
ランク材）どうしを接合し形成した予備成形体にプレス
加工を施した後に、このプレス加工で得られた成形体の
特定部位を熱処理（窒化処理）で硬化させるようにした
ので、熱処理前におけるプレス加工性を十分良好に確保
できる。そして、プレス加工後に行う熱処理によって、
成形体の特定部位に所期の強度を付与することができ
る。すなわち、テイラード・ブランク法を適用して、板
状素材の歩留まりの向上を図るとともに、一つの部材中
に他の部分に比して強度が十分に高い部分を有する成形
体が確実に得ることができる。

【００８７】この場合において、特に、上記第１ブラン
ク材と第２ブランク材のプレス加工前における伸び特性
の差が所定範囲内に設定されているので、両者を接合し
た後に行なわれるプレス加工において、亀裂や割れ等の
不具合が生じることを抑制することができるのである。

【００８８】次に、上述のようなテイラード・ブランク
法を自動車の車体に適用する場合について説明する。図
１３は自動車の車体の主として車室部分の側部（キャブ
サイド）を構成するパネル組立体（キャビサイド・アッ
センブリ）の構造を示す分解斜視図である。この具体例
は、キャブサイド・インナパネル５０（車室側部の内側
パネル），キャブサイド・レインフォースメント６０
（車室側部の補強部材），リヤピラー・インナパネル７
０（車室側部後側の内側パネル）及びキャブサイド・ア
ウタパネル８０（車体側部の外側パネル）の各々につい
て、上述のようなテイラード・ブランク法を適用し、そ
れぞれ最終的に一体化するものである。

【００８９】例えば、キャブサイド・インナパネル５０
の場合にはＬ１〜Ｌ４の各分割ラインで、キャブサイド
・レインフォースメント６０の場合にはＬ１１〜Ｌ１６
の各分割ラインで、リヤピラー・インナパネル７０の場
合にはＬ２１の分割ラインで、キャブサイド・アウタパ
ネル８０の場合にはＬ３１〜Ｌ３４の各分割ラインで、
それぞれ分割されている。

【００９０】そして、これら分割ラインで区切られた各
領域毎に、備えるべき特性（例えば、強度，剛性，耐食
性などの特性）並びに車体の軽量化および製造コストの
低減効果を考慮し、鋼板素材の材質，板厚，熱処理，表
面処理等がそれぞれ最適化して設定される。例えば、リ
ヤピラー・インナパネル７０の場合には、板厚は一定で
あるが、Ｌ２１の分割ラインより上側部分は表面処理を
特に施さないが、下側部分については耐食性向上のため
にメッキ処理を施した鋼板が用いられる。また、キャブ
サイド・アウタパネル８０の場合には、Ｌ３１〜Ｌ３４
の各分割ラインで囲まれた斜線ハッチングを施した領域
については、テイラード・ブランク法を用いて、他の部
分よりも板厚が厚く設定されることが好ましい。

【００９１】尚、鋼板自体の高強度化による（つまり、
鋼板素材の薄肉化による）車体の軽量化を検討する場合
には、前述のように、車体構造上、強度だけでなく剛性
の確保が重視される（換言すれば、車体全体の剛性に対
する寄与度が高い）車体部分や構造部材については、鋼
板自体を高強度化してその強度を確保したとしても、板
厚を薄くすることは剛性確保上不利になるので、一般的
には薄肉化による軽量化の対象とすることは好ましくな
く、車体全体の剛性に対する寄与度が比較的低くて、且
つ、一定以上の強度保持が求められる車体部分や構造部
材について、その適用が検討されることが望ましい。

【００９２】図１４は、自動車のキャビサイド・アッセ
ンブリにテイラード・ブランク法を適用した他の例を示
す分解斜視図である。この具体例では、キャブサイド・
レインフォースメント６０，リヤピラー・インナパネル
７０及びキャブサイド・アウタパネル８０については、
図１３で示した例と同じであるが、キャブサイド・イン
ナパネル５０’については、分割ラインＬ１’〜Ｌ５’
の５つの分割ラインで分割されており、分割の仕方が図
１３で示した例とは異なっている。

【００９３】以上のように、自動車の車体の製造にテイ
ラード・ブランク法を適用することにより、各領域毎
（つまり、各ブランク材毎に）に、備えるべき特性（例
えば、強度，剛性，耐食性などの特性）並びに車体の軽
量化および製造コストの低減効果を考慮して、鋼板素材
の材質，板厚，熱処理特性，表面処理等の仕様をそれぞ
れ最適化して設定することができるのである。

【００９４】次に、鋼板部材でなる成形体をその内部に
配設した発泡体で補強するようにした具体例について説
明する。図１５は、本具体例に係る成形体としての自動
車用の車体フレーム部材の断面構造を示している。上記
フレームを構成するパネル材としては、日本鉄鋼連盟規
格（ＪＦＳ）に規定されたＪＳＨ２７０Ｃ鋼板（表２：
供試材ａ参照）で前述の窒化元素の少なくとも１種の元
素を所定量含有したものを用いた。また、その板厚は約
１ｍｍ程度のものとした。

【００９５】この鋼板を用いて、図１５に示すように、
片側が開口した断面コ字状にプレス成形されたパネル材
Ｐｏ（アウタパネル）と平板状のパネル材Ｐｉ（インナ
パネル）とを片ハット状に組み合わせ、その重合部分Ｌ
ｆについて６０ｍｍピッチでスポット溶接を行って最終
的に組み立てた。尚、図１５において仮想線で示すよう
に、フレーム断面内にレインフォースメントＲｆを配設
したものの場合、このレインフォースメントＲｆの材料
はフレームＦＲのパネル材Ｐｉ,Ｐｏの材料と同じもの
を用いた。この場合、レインフォースメントＲｆの両端
フランジ部分（不図示）は、両パネル材Ｐｉ,Ｐｏのフ
ランジ（重合部分Ｌｆ）に挟み込んだ上で、三枚重ねに
してスポット溶接で組み立てられる。

【００９６】上記フレームＦＲの閉断面内に充填される
発泡材料としては、以下のようなものが好ましい。ま
た、これら発泡材料の密度をそれぞれ調べた。尚、この
発泡材料の密度は、いずれの材料についても、室温（約
２０℃）における値を調べた。・発泡ウレタン樹脂（硬度［８ｋｇ／ｃｍ²］）：密度
０．０９［ｇ／ｃｍ³］・エポキシ樹脂Ａ：密度０．５０［ｇ／ｃｍ³］・エポキシ樹脂Ｂ：密度０．５０［ｇ／ｃｍ³］

【００９７】尚、上記鋼板製のレインフォースメントＲ
ｆで補強する場合を想定すると、図１５に示すようにフ
レーム断面内に配設されたレインフォースメントＲｆの
重量と、当該レインフォースメントＲｆの配設部分に対
応するフレームＦＲの容積から、フレーム内換算密度を
算出することができ、本具体例の場合には、このレイン
フォースメントＲｆのフレーム内換算密度は、０．６１
［ｇ／ｃｍ³］であった。従って、フレーム部材ＦＲの
軽量化の観点から、その内部に充填される発泡材料の密
度としては、０．６０［ｇ／ｃｍ³］以下であることが
好ましい。

【００９８】本具体例では、上記のフレームＦＲを作製
するに際し、少なくとも未発泡状態の発泡材料がセット
されるパネル材（例えば、平板状のインナパネル材Ｐ
ｉ）に予め窒化処理が施されている。この窒化処理によ
り、インナパネルＰｉの表面およびその近傍にはポーラ
ス状の表面を有する窒化物が生成されるので、発泡材料
がセットされる領域の表面状態は微視的にポーラス状で
ある。

【００９９】そして、この表面およびその近傍がポーラ
ス状のインナパネルＰｉ上に、図１６に示すように、未
発泡状態の発泡材料Ｓｅ’（例えば、エポキシ樹脂）を
セットした後、フレーム体ＦＲを１５０〜２００℃の温
度範囲に加熱する。これにより、図１７に示すように、
エポキシ樹脂Ｓｅが発泡・膨張し、フレーム体ＦＲの閉
断面全体を隙間無く満たした後に硬化する。このとき、
エポキシ樹脂は、それ自体の接着力でパネル内面に接着
する。尚、この発泡工程での加熱は、フレームＦＲを塗
装した後に乾燥させる際、その乾燥工程での熱を利用し
て行うことができる。

【０１００】このように、熱処理されて表面およびその
近傍がポーラスになった所定領域（インナパネルＰｉ）
に対して発泡材料が発泡硬化させられることにより、熱
処理されていない鋼板に対する場合に比して、大幅に高
い接着力を得ることができる。すなわち、発泡体を充填
して成形体を補強するに際して、比較的簡単な構成で成
形体に対し発泡体を固着させ、しかも、発泡体の充填に
よる高い補強効果を得ることができる。

【０１０１】フレーム断面内に充填材を充填する際に、
フレームを構成するパネル材の少なくとも一部分と充填
材との間の接着力を高めることにより、フレームが耐え
得る最大曲げモーメントおよびエネルギ吸収性を大幅に
高めることができる。図１８は、フレームの静的片持ち
曲げ試験を行う試験装置を模式的に表した説明図であ
る。図１７に示される断面形状を備えた所定長さのフレ
ームＦＲの断面内に充填材Ｓを充填した上で、このフレ
ームＦＲの一端を支持板Ｍｅに固定し、この支持板Ｍｅ
を装置基盤Ｍｆに固定する。そして、万能試験機によ
り、フレームＦＲの他端近傍に圧子Ｍｄを介して静的荷
重Ｗｍを加え、変位および曲げ角度と荷重との関係を測
定し、最大曲げモーメント及び静的エネルギ吸収量を求
めた。

【０１０２】図１９は、種々の充填材を充填したフレー
ムの曲げ角度と曲げモーメントとの関係を示すグラフで
ある。このグラフにおいて、ａ〜ｅの各曲線はそれぞれ
以下の充填材を適用したフレームの特性を示している。・曲線ａ：充填材なし（鋼板フレームのみ）・曲線ｂ：エポキシ樹脂Ａ・曲線ｃ：エポキシ樹脂Ｂ・曲線ｄ：エポキシ樹脂ＢでフレームＦＲのパネル材Ｐ
ｏ又はＰｉとの間に接着剤（剪断強度７.３ＭＰａの車
体シーラ）を適用・曲線ｅ：木材（松）

【０１０３】この図１９のグラフから分かるように、い
ずれの曲線についても、曲げ角度がある程度に達するま
では、曲げモーメント値は曲げ角度の増加に伴って立ち
上がるように大きく上昇する。そして、曲線ａ〜ｃ及び
曲線ｅについては、それぞれある曲げ角度でピーク（極
大点）を迎え、その後は曲げ角度が増すにつれて曲げモ
ーメントは低下する。曲線ａ（充填材なしで鋼板フレー
ムのみ）の場合、この低下度合いが特に大きい。

【０１０４】これに対して、曲線ｄ（エポキシ樹脂Ｂ＋
接着剤）の場合には、曲げモーメントが大きく上昇した
後でも、曲げ角度の増加に対して曲げモーメントの落ち
込みは見られず、高い曲げモーメント値を維持してい
る。また、最大曲げモーメント値も５つの曲線のうちで
最も大きい。同じ充填材（エポキシ樹脂Ｂ）を用いた曲
線ｃと比較して、曲げ角度の増加に対する傾向および最
大曲げモーメントの大きさの両方について、明確な差が
ある。すなわち、同じ充填材を用いても、この充填材を
フレームのパネル材に対して接着剤で固定することによ
り、フレームの曲げモーメント特性が大きく向上するこ
とが分かる。

【０１０５】また、図２０は、図１９と同様の種々の充
填材を充填したフレームの最大曲げモーメント［Ｎｍ］
及びエネルギ吸収量［Ｊ］を示す棒グラフである。この
グラフにおいて、Ａ〜Ｅの各欄はそれぞれ以下の充填材
を適用したフレームの特性を示している。また、各欄に
おいて、左側の数値（白抜きの棒グラフ）がフレームの
最大曲げモーメント［Ｎｍ］を示し、右側の数値（斜線
ハッチングの棒グラフ）はフレームのエネルギ吸収量
［Ｊ］を示している。・Ａ欄：充填材なし（鋼板フレームのみ）・Ｂ欄：エポキシ樹脂Ａ・Ｃ欄：エポキシ樹脂Ｂ・Ｄ欄：エポキシ樹脂Ｂ＋接着剤（充填材がエポキシ樹
脂ＢでフレームＦＲのパネル材Ｐｏ又はＰｉとの間に接
着剤（剪断強度７.２ＭＰａの車体シーラ）を適用した
もの）・Ｅ欄：木材（松）

【０１０６】この図２０のグラフから良く分かるよう
に、フレームのエネルギ吸収量は、エポキシ樹脂Ｂ＋接
着剤（Ｄ欄）を適用したものが最も大きく、同じ充填材
（エポキシ樹脂Ｂ）を用いたＣ欄のエネルギ吸収量と比
べて明確な差がある。すなわち、同じ充填材を用いて
も、この充填材をフレームのパネル材に対して接着剤で
固定することにより、フレームのエネルギ吸収特性が大
きく向上することが分かる。

【０１０７】図２１は、接着剤層の剪断接着強さと最大
曲げモーメントとの関係を示すグラフである。この図２
１のグラフから良く分かるように、接着剤層の剪断接着
強さが大きくなるにつれて最大曲げモーメントも増加す
るが、剪断接着強さが３ＭＰａ以上になると、最大曲げ
モーメントの増加度合い（グラフにおける曲線の勾配）
は、それまでに比べて緩やかになる。つまり、接着剤層
の剪断接着強さが３ＭＰａ以上であれば、フレームが負
担できる最大曲げモーメントを非常に効果的に増加さ
せ、十分な曲げモーメント値を達成して高いエネルギ吸
収能力を得ることが可能である。従って、接着剤層の剪
断接着強さとしては、３ＭＰａ以上であれば良い。ま
た、剪断接着強さが更に大きくなり、７ＭＰａ以上にな
ると最大曲げモーメントの増加度合いは飽和する。換言
すれば、剪断接着強さが７ＭＰａ以上であれば、ほぼ最
大値に近い曲げモーメント値を得ることができる。従っ
て、接着剤層の剪断接着強さが７ＭＰａ以上であること
が更に好ましい。

【０１０８】尚、本具体例におけるエポキシ樹脂のよう
に、充填材自体が接着性を有している場合には、別途に
接着剤を用いることなく、その接着性を利用して、その
ままフレームのパネル材に接着固定させることができ
る。この場合においても、剪断接着強さが３ＭＰａ以上
であることが好ましく、７ＭＰａ以上であることが更に
好ましい。

【０１０９】図２２は、フレームＦＲの発泡材料がセッ
トされるインナパネルＰｉに熱処理としての窒化処理を
施した具体例（本案実施例）と該処理を行なわなかった
比較例のせん断接着強さを示すグラフである。尚、上記
インナパネルＰｉの鋼板素材は、共に上述のＪＳＨ２７
０Ｃ鋼板とした。また、このせん断接着強さの測定は、
ＪＩＳＫ６８５０「接着剤の引張せん断接着強さ試験
方法」に規定された試験方法に準拠して行なった。この
グラフから良く分かるように、発泡材料がセットされる
板材に窒化処理を施すことにより、発泡体と板材との接
着部分におけるせん断接着強さが大幅に高められること
が確認された。

【０１１０】以上のように、所定の熱処理元素（窒化元
素）を含有する板状部材に塑性加工を施して所定形状の
成形体（車体用フレーム部材）を形成した後、該成形体
の少なくとも所定領域にに所定の熱処理（窒化処理）を
施すようにしたので、この所定領域について、その表面
および表面近傍に多孔性を有する（所謂、ポーラスな）
金属間化合物が生成される。そして、この所定領域に発
泡材料をセットした後、成形体を加熱して発泡材料を発
泡させるようにしたので、表面およびその近傍がポーラ
スな所定領域に対して発泡体が発泡硬化させられること
により、熱処理されていない鋼板に対する場合に比し
て、大幅に高い接着力を得ることができる。すなわち、
発泡体を充填して成形体を補強するに際して、比較的簡
単な構成で成形体に対し発泡体を固着させ、しかも、発
泡体の充填による高い補強効果を得ることができるので
ある。

【０１１１】特に、自動車の車体の一部を構成する閉断
面状のフレーム体について、比較的簡単な構成で、当該
車体のフレーム体の強度・剛性および衝撃荷重を受けた
際のエネルギ吸収性の向上を図ることができる。また、
上記発泡材料の密度を０．６［ｇ／ｃｍ³］以下とした
ので、鋼板を用いて補強する場合に比べて、軽量で且つ
高いエネルギ吸収能力を得ることができる。また、上記
発泡材料をエポキシ樹脂としたことにより、該樹脂の発
泡性を利用して、成形体内部への充填作業を容易かつ確
実に行うことができる。

【０１１２】尚、本具体例では、フレームを構成するパ
ネル材として、日本鉄鋼連盟規格（ＪＦＳ）に規定され
たＪＳＨ２７０Ｃ鋼板を母材としこれに前述の窒化元素
の少なくとも１種の元素が所定量含有されたものを用
い、これに窒化処理を施すことにより、少なくともその
所定領域の表面および表面近傍を多孔性（所謂、ポーラ
ス状）とし、この所定領域に発泡材料をセットして発泡
させることにより、非常に高い接着力を発現させて発泡
体の充填による補強効果をより高めるようにしていた
が、上記フレームを構成するパネル材として、上記ＪＳ
Ｈ２７０Ｃ鋼板の代わりに、ＪＳＣ２６０Ｇ鋼板（表
２：供試材ｃ参照）を用いることにより、上述の発泡体
とパネル材との接着力向上による補強効果に加えて、前
述したように、パネル材（鋼板）自体が窒化処理によっ
て（ＪＳＨ２７０Ｃ鋼板に比して）より効果的に高強度
化されるので、上記フレームのより一層の強度向上を図
ることができる。

【０１１３】次に、流体の加圧力を利用して金属部材を
成形する、所謂、ハイドロフォーム法による金属成形体
の具体例について説明する。図２３（ａ）〜図２３
（ｄ）は、上記ハイドロフォーム法を適用して、例え
ば、自動車の車体懸下装置の一部をなす所謂ぺリメータ
フレームを製造する場合における一連の工程を概略的に
示す説明図である。まず、図２３（ａ）に示すように、
閉断面状の金属素材として、真直した所定肉厚の鋼製パ
イプ状部材Ｆ１を用意する。このパイプ状部材Ｆ１は、
窒化鋼で形成されている。尚、このパイプ状部材Ｆ１
は、所定肉厚の平板状鋼板を巻いて溶接によって形成す
ることもできる。次いで、図２３（ｂ）に示すように、
このパイプ状部材Ｆ１をプレス加工し、成形体（ぺリメ
ータフレーム）の最終形状（図２３（ｃ）及び２３
（ｄ）参照）に比較的近似した予備成形体Ｆ２を形成し
た。

【０１１４】この予備成形体Ｆ２をハイドロフォーム用
の所定の成形型（不図示）内にセットした上で、予備成
形体Ｆ２の閉断面内に所定の流体（例えば、油圧用オイ
ル）を供給し、加圧装置（不図示）によって流体を所定
圧力に加圧することにより、その内圧によって上記予備
成形体Ｆ２が塑性変形し、成形型の型面形状に沿った形
状の金属成形体Ｆ３が得られる（図２３（ｃ）参照）。
つまり、予備成形体Ｆ２がハイドロフォーム加工されて
金属成形体Ｆ３が得られるのである。

【０１１５】そして、この金属成形体Ｆ３の所定部位を
窒化処理によって硬化することにより、特定部位（図２
３（ｄ）における斜線ハッチング部分参照）が窒化処理
によって高強度化されたぺリメータフレームＦ４が得ら
れる。このように、上記金属成形体（ぺリメータフレー
ムＦ４）の特定部位のみが熱処理にて硬化されるので、
一体物の金属成形体Ｆ４について所望の部分のみを確実
に硬化・高強度化させることができるのである。

【０１１６】上述のように、特定部位のみを窒化処理に
よって高強度化する方法としては、種々の方法が考えら
れる。上記具体例では、図２４（ａ）及び２４（ｂ）に
示すように、塩浴窒化法において、ハイドロフォーム法
で形成した成形体Ｆ３の高強度化すべき特定領域Ｆｓ
（高強度化領域）のみを塩浴槽Ｓ内に浸漬させ、この部
分のみを窒化処理するようにした。このように、上記ハ
イドロフォーム法で形成した成形体Ｆ３の特定部位Ｆｓ
のみを塩浴槽Ｓに浸漬させて熱処理を施すようにしたの
で、別工程を設ける必要がなしに、確実に金属成形体Ｆ
４の特定部位Ｆｓのみを熱処理で硬化・高強度化させる
ことができる。

【０１１７】この代わりに、例えば図２５（ａ）〜２５
（ｃ）に示すように、窒化処理を施すに先立って、ハイ
ドロフォーム法で形成した成形体Ｆ３にマスキング処理
を行ない、つまり、高強度化しない領域（非高強度化領
域）を適切なマスキング材（例えばメッキ皮膜等の皮膜
も含む）で覆い（図（ｂ）におけるクロスハッチング部
分参照）、その後に、ハイドロフォーム法で形成した成
形体Ｆ３全体を塩浴槽Ｓ内に浸漬させて、マスキング材
で覆われていない高強度化すべき領域Ｆｓ（高強度化領
域）のみが窒化処理で高強度化されるるようにしても良
い。このように、熱処理前にハイドロフォーム法で形成
した成形体Ｆ３の特定部位Ｆｓ以外の部分にマスキング
処理を施すようにしたので、確実かつ簡単に金属成形体
Ｆ４の特定部位Ｆｓのみを熱処理で硬化・高強度化させ
ることができる。

【０１１８】以上のように、本具体例によれば、金属成
形体Ｆ４の最終形状に比較的近似した閉断面状の予備成
形体Ｆ２を所定の成形型内に配設し、この予備成形体Ｆ
２の閉断面空間内に加圧流体を供給することにより、上
記成形型の型形状に沿った金属成形体Ｆ３を形成した後
に該金属成形体を熱処理にて硬化するようにしたので、
熱処理前の成形時には塑性加工性を十分良好に確保でき
る。そして、塑性加工後に行う熱処理によって、成形体
Ｆ４の特定部位Ｆｓに所期の強度を付与することができ
る。すなわち、所謂ハイドロフォーム法を適用して金属
成形体を得るに際して、強度が十分に高い金属成形体Ｆ
４を確実に得ることができるのである。また、この場合
において、上記金属成形体（ぺリメータフレームＦ４）
の特定部位のみが熱処理にて硬化されるので、一体物の
金属成形体Ｆ４について所望の部分のみを確実に硬化・
高強度化させることができるのである。

【０１１９】尚、本発明は、以上の実施態様や具体例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々の変更あるいは設計上の改良等が可能であ
ることは言うまでもない。

【０１２０】

【発明の効果】本願の第１の発明に係る鋼板部材でなる
成形体の製造方法によれば、鋼板素材の引張強さを５０
０ＭＰａ以下としたので、窒化処理前におけるプレス加
工等の塑性加工性を十分に確保できる。また、窒化処理
後の鋼板部材の板厚方向における平均硬度をＨｖ３００
以上としたので、当該鋼板部材の引張強さを１０００Ｍ
Ｐａ程度以上にすることができ、非常に大きい経済効果
を得ることができる。例えば、自動車の車体用のパネル
部材や構造部材に適用した場合には、板厚を薄くできる
だけでなく補強部材を不要にでき、車体重量の削減や材
料費の低減のみならず当該部材のための金型費用や組付
工数も不要とすることができ、著しい経済効果を得るこ
とができる。

【０１２１】また、本願の第２の発明によれば、基本的
には、上記第１の発明と同様の効果を奏することができ
る。特に、上記鋼板部材は、窒化元素として、チタニウ
ム（Ｔｉ），ニオブ（Ｎｂ），ボロン（Ｂ），バナジウ
ム（Ｖ），アルミニウム（Ａｌ）の少なくとも１種の元
素を所定量含有しているので、窒化処理による熱処理効
果を確実に得ることができる。

【０１２２】更に、本願の第３の発明によれば、基本的
には、上記第１または第２の発明と同様の効果を奏する
ことができる。特に、板厚方向における平均硬さが同じ
でも、鋼板部材の表面部分（表面およびその近傍部分）
と内部中央との硬度差が大きくなるほど引張強さや伸び
特性が低下するが、上記成形体の鋼板部材表面部分と板
厚方向における内部中央との硬度差をＨｖ２００以下と
したことにより、これら引張強さおよび伸び特性の急激
な低下を回避して、より安定した高強度化を達成するこ
とができる。

【０１２３】また、更に、本願の第４の発明によれば、
基本的には、上記第１〜第３の発明のいずれか一と同様
の効果を奏することができる。特に、上記成形体の特定
部位のみが窒化処理で高強度化され、該成形体が折り曲
げ変形する際には、上記特定部位と非特定部位との境界
部分を起点にして変形するので、一体物の成形体につい
て、例えば節部材や部分的な補強部材等の別部材を設け
る必要無しに、折り曲げ変形時の変形モードを好適に制
御することができる。

【０１２４】また、更に、本願の第５の発明によれば、
基本的には、上記第４の発明と同様の効果を奏すること
ができる。特に、上記窒化処理前に上記成形体の上記特
定部位以外の部分にマスキング処理を施すようにしたの
で、確実かつ簡単に上記成形体の特定部位のみを窒化処
理で高強度化することができる。

【０１２５】また、更に、本願の第６の発明によれば、
基本的には、上記第４の発明と同様の効果を奏すること
ができる。特に、上記成形体の上記特定部位のみを塩浴
槽に浸漬させて窒化処理を施すようにしたので、別工程
を設ける必要なしに、確実に上記成形体の特定部位のみ
を窒化処理で高強度化することができる。

【０１２６】また、更に、本願の第７の発明に係る鋼板
部材でなる成形体によれば、鋼板素材の引張強さを５０
０ＭＰａ以下としたので、窒化処理前におけるプレス加
工等の塑性加工性を十分に確保できる。また、窒化処理
後の鋼板部材の板厚方向における平均硬度をＨｖ３００
以上としたので、当該鋼板部材の引張強さを１０００Ｍ
Ｐａ程度以上にすることができ、非常に大きい経済効果
を得ることができる。例えば、自動車の車体用のパネル
部材や構造部材に適用した場合には、板厚を薄くできる
だけでなく補強部材を不要にでき、車体重量の削減や材
料費の低減のみならず当該部材のための金型費用や組付
工数も不要とすることができ、著しい経済効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼板素材の合金成分が窒化処理後の板厚方向
における硬度分布および平均硬度に及ぼす影響を調べた
試験の供試材ａについての試験結果を示すグラフであ
る。

【図２】上記試験の供試材ｂについての試験結果を示
すグラフである。

【図３】上記試験の供試材ｃについての試験結果を示
すグラフである。

【図４】上記試験の供試材ｄについての試験結果を示
すグラフである。

【図５】鋼板の引張強さと自動車の車体の軽量化・コ
スト低減効果との関係を概略的に示すグラフである。

【図６】鋼板の板厚方向における平均硬度と引張強さ
との相関性を示すグラフである。

【図７】鋼板の板厚方向における硬度差と引張強さと
の関係を示すグラフである。

【図８】鋼板の板厚方向における硬度差と伸び特性と
の関係を示すグラフである。

【図９】成形体の具体例としてのセンタピラー・レイ
ンフォースメントを模式的に示す正面説明図である。

【図１０】成形体の他の具体例としてのフロントフレ
ームを模式的に示す斜視図である。

【図１１】成形体の更に他の具体例としてのフロント
フレームを模式的に示す斜視図である。

【図１２】上記更に他の具体例に係るフロントフレー
ムに用いた各ブランク材の窒化処理前および処理後にお
ける伸びに対する引張強さの関係を示すグラフである。

【図１３】自動車のキャビサイド・アッセンブリにテ
イラード・ブランク法を適用した例を示す分解斜視図で
ある。

【図１４】自動車のキャビサイド・アッセンブリにテ
イラード・ブランク法を適用した他の例を示す分解斜視
図である。

【図１５】発泡体で補強される車体フレームの発泡材
料セット前の断面構造を示す説明図である。

【図１６】上記発泡体で補強される車体フレームの発
泡材料セット状態での断面構造を示す説明図である。

【図１７】上記発泡体で補強される車体フレームの発
泡材料が発泡した後の断面構造を示す説明図である。

【図１８】車体フレームの静的片持ち曲げ試験を行う
試験装置を模式的に表した説明図である。

【図１９】上記片持ち曲げ試験における各種充填材入
りフレームの曲げ角度と曲げモーメントの関係を示すグ
ラフである。

【図２０】上記片持ち曲げ試験における各種充填材入
りフレームの最大曲げモーメントとエネルギ吸収量を示
すグラフである。

【図２１】接着剤層の剪断接着強さと最大曲げモーメ
ントとの関係を示すグラフである。

【図２２】フレームの所定領域に熱処理を施した具体
例と熱処理を行なわなかった比較例のせん断接着強さを
示すグラフである。

【図２３】ハイドロフォーム法による金属成形体の製
造方法を説明するための一連の工程説明図である。

【図２４】ハイドロフォーム法による金属成形体の製
造方法における部分窒化処理を説明するための一連の工
程説明図である。

【図２５】上記製造方法における部分窒化処理の他の
例を説明するための一連の工程説明図である。

【符号の説明】

１０…センタピラー・レインフォースメント１０Ｈ，２０Ｈ，３２…高強度化領域１０Ｍ，２０Ｍ，３１…非高強度化領域２０，３０…フロントフレームＦ１…パイプ状部材Ｆ２…予備成形体（ハイドロフォーム前）Ｆ３…成形体（ハイドロフォーム後）Ｆ４…ぺリメータフレーム（金属成形体：窒化処理後）ＦＲ…フレーム体Ｐｉ…インナパネルＳ…塩浴槽Ｓｅ…発泡体（発泡硬化後）Ｓｅ’…発泡材料（発泡硬化前）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２１Ｄ 1/70 Ｃ２１Ｄ 1/70 Ｖ 6/00 6/00 ＤＣ２３Ｃ 8/04 Ｃ２３Ｃ 8/04 // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｎ (72)発明者深堀貢広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3D003 AA01 AA05 BB01 CA33 CA34 CA37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】引張強さが５００ＭＰａ以下で窒化元素
を含有する鋼板素材を準備し、該鋼板素材に塑性加工を
施して所定形状の成形体を形成した後、得られた鋼板部
材の板厚方向における平均硬度がビッカース硬さでＨｖ
３００以上となるように、上記成形体に窒化処理を施す
ことを特徴とする鋼板部材でなる成形体の製造方法。
【請求項２】上記鋼板素材は、窒化元素として、チタ
ニウム（Ｔｉ），ニオブ（Ｎｂ），ボロン（Ｂ），バナ
ジウム（Ｖ），アルミニウム（Ａｌ）の少なくとも１種
の元素を所定量含有していることを特徴とする請求項１
記載の鋼板部材でなる成形体の製造方法。
【請求項３】上記成形体の鋼板部材表面部分と板厚方
向における内部中央との硬度差が、ビッカース硬さでＨ
ｖ２００以下であることを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の鋼板部材でなる成形体の製造方法。
【請求項４】上記成形体の特定部位のみが窒化処理で
高強度化され、該成形体が折り曲げ変形する際には、上
記特定部位と非特定部位との境界部分を起点にして変形
することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一
に記載の鋼板部材でなる成形体の製造方法。
【請求項５】上記窒化処理前に、上記成形体の上記特
定部位以外の部分にマスキング処理を施すことを特徴と
する請求項４記載の鋼板部材でなる成形体の製造方法。
【請求項６】上記成形体の上記特定部位のみを塩浴槽
に浸漬させて窒化処理を施すことを特徴とする請求項４
記載の鋼板部材でなる成形体の製造方法。
【請求項７】引張強さが５００ＭＰａ以下で窒化元素
を含有する鋼板部材を所定形状に塑性加工し、該塑性加
工後に窒化処理を施すことにより、板厚方向における平
均硬度がビッカース硬さでＨｖ３００以上とされている
ことを特徴とする鋼板部材でなる成形体。