JP2002097519A

JP2002097519A - 鋼板強化方法、及び強化鋼板

Info

Publication number: JP2002097519A
Application number: JP2000282943A
Authority: JP
Inventors: Harunori Ito; 晴規伊藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2002-04-02

Abstract

(57)【要約】【課題】靱性を保ちながら、鋼板の所定部分を強化す
る方法を提供すること。【解決手段】鋼板を部分的に加熱し、続いて冷却する
ことにより、鋼板の所定部分の強度を強くする鋼板強化
方法であって、所定部分の平均粒径が１０μｍ以下であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用鋼板等の
強化方法に関し、特に詳細には、靱性を保ちながら行う
鋼板の強化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車用構造部材において、
成形性と強度の両立を狙って、成形後の製品の必要部分
を焼き入れで強化する方法が、例えば特開平１０−１７
９３３号公報に開示されている。また、特開平７−１２
６８０７号公報には、レーザビーム等の高エネルギ密度
ビームで部材を部分的に溶融させた後、急冷することに
より成形後に部分的に強度を上昇させるものが開示され
ている。焼き入れは硬度を上げるために行われるのであ
るが、硬度がビッカースＨＶで５００以下の場合には、
引っ張り強度と硬度とは比例するので、焼き入れによ
り、強度を上げることが行われているのである。一方、
他の特性を劣化させることなく低温靱性を向上させる方
法として、特開２０００−８１２３号公報の従来技術に
は、結晶粒径の微細化が唯一の方法であると記載されて
いる。ここでは、粒径を３μｍ程度以下に超微細粒化し
て低温靱性を飛躍的に向上させる方法が記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術には、次のような課題があった。（１）特開平１０−１７９３３号公報及び特開平７−１
２６８０７号公報に記載されたものにおいては、強度を
上げた部分の靱性については考慮されておらず、焼き入
れされた部分の強度は上がるものの、靱性が低下し、衝
突安全性等の観点から見て検討する課題があった。ここ
で、靱性とは、衝撃的な荷重の作用で破壊しにくい性質
をいう。

【０００４】（２）特開２０００−８１２３号に記載さ
れている技術は、材料全体の靱性を良くするためのもの
であり、部分的に焼き入れした場合、焼き入れした箇所
の靱性を維持しながら強度を高めるという技術的思想と
は無縁のものである。すなわち、焼き入れを行うと、一
般に結晶の粒径は大きくなるので、特開２０００−８１
２３号の技術認識では、焼き入れによる強度アップと靱
性とは相反する性質のものであり、特開２０００−８１
２３号に記載された技術には、強度と靱性とのバランス
をどこに取るかという配慮が全く記載されていない。

【０００５】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであり、靱性を保ちながら、鋼
板の所定部分を強化する方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る鋼板の強化方法及び強化鋼板は、次の
ような構成を有している。（１）鋼板を部分的に加熱し、続いて冷却することに
より、鋼板の所定部分の強度を強くする鋼板強化方法で
あって、前記所定部分の平均粒径が１０μｍ以下である
ことを特徴とする。ここで、平均粒径とは、ＪＩＳＧ
０５５２の試験方法「切断法」により、顕微鏡写真で腐
食面に現れた粒度について、一定の長さの直交する２つ
の線分で切断されるフェライト結晶粒の数を測定する。
そして、トータルの測定長と総計から平均粒度を計算す
る。すなわち、いわゆる長さ平均径Ｄ１を採用してい
る。粒径が細かくなると靱性が良くなるのは、破壊時に
亀裂が進行する経路がジグザグとなり、エネルギを多く
消費するためと考えられる。例えば、耐衝撃性を必要と
する鋼板から構成される自動車用高強度部品としては、
センターピラーリーンフォース、リアバンパ、フロント
バンパ、シートレール、ドアインパクトバー、サイドフ
レーム、クロスメンバー、シートギア、ドリブンギア、
パーキングブレーキギア等が対象となる。これらの部品
においては、強度と靱性のバランスをとるときに、靱性
として８０Ｊ／ｃｍ²以上の衝撃値があれば十分だから
である。

【０００７】（２）（１）に記載する鋼板強化方法にお
いて、前記鋼板の材料組成が、炭素０．１０〜０．１８
重量％、ケイ素０．０３重量％以下、マンガン０．６０
〜１．６０重量％、リン０．０２重量％以下、イオウ
０．０１３重量％以下、ホウ素０．００１〜０．００４
重量％、残部鉄であることを特徴とする。通常、焼き入
れ性を改善するためにホウ素を添加するが、その際窒素
や酸素の不純物とホウ素が化合しないようにチタンやア
ルミニウム等により不純物を固定する（ＴｉＮ等の化合
物として）。その化合物により、オーステナイト結晶粒
の成長が抑えられ、元々の母材の結晶粒も細かくなる。
また、焼き入れの時、粒界や粒内に存在するホウ素から
焼き入れ変態（マルテンサイト）が開始されるため、焼
き入れ組織を細かくしていると考えられる。

【０００８】炭素は、焼き入れ後の硬度を確保するため
に必要であり、０．１０重量％以上は必要である。ただ
し、含有量の増加に伴い成形性が悪くなったり、焼き入
れ後の歪みが増大するため、上限を０．１８重量％とす
る。また、マンガンは、鋼板材料の強度と焼き入れ性を
高めるために必要であり、０．６０重量％以上必要であ
る。ただし、含有量の増加に伴い鋼板の延性が悪くなる
ため、上限を１．６０重量％とする。また、ホウ素は、
焼き入れ性を高めるために必要であり、０．００１重量
％以上は必要である。ただし、含有量の増加に伴い製造
上有害な欠陥が発生しやすくなるため、上限を０．００
４重量％とする。

【０００９】また、ケイ素は、より少ないことが望まし
いが、鋼の製造上含有されてしまうものであり、０．０
３重量％以下とする。また、リンは、ケイ素と同様に少
ないことが望ましいが、鋼の製造上含有されてしまうも
のであり、０．０２０重量％以下とする。また、イオウ
は、ケイ素やリンと同様に少ないことが望ましいが、鋼
の製造上含有されてしまうものであり、０．０１３重量
％以下とする。

【００１０】（３）（１）または（２）に記載する鋼板
強化方法において、前記加熱条件が、摂氏９００度以上
１０００度以下、１秒以上３秒以下であることを特徴と
する。（４）（１）乃至（３）に記載する鋼板強化方法のいず
れか１つで強化されたことを特徴とする強化鋼板。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の鋼板
強化方法及び強化鋼板について、図面を参照しながら詳
細に説明する。焼き入れの対象の一例であるセンターピ
ラーリーンフォースを図４に示す。センターピラーリー
ンフォース１の下端部には、ロッカーパネル２が取り付
けられている。センターピラーリーンフォース１の中央
付近の斜線で示した部分が焼き入れを行う焼き入れ領域
３である。焼き入れの加熱方法としては、高周波焼き入
れを行った。装置としては、誘導高周波加熱機、３５０
ＫＨｚ、２４０Ｖ、９５Ａのものを使用した。

【００１２】次に、焼き入れの一般条件を得るための実
験について説明する。始めに、材料の組成は同じにして
加熱温度を変えて実験した。加熱温度は、加熱温度が摂
氏９００度、９５０度、１０００度、１０５０度の各々
とし、加熱時間は２秒とした。その後、水溶性焼き入れ
冷却剤に浸けて急冷している。加熱温度は、高周波加熱
機に流す電流の電圧値及び電流値を変化させ調整してい
る。実験では、室温から所定温度まで２秒間で加熱し、
水溶性焼き入れ冷却剤により５秒間急冷して２００度以
下まで低下させることにより行われる。焼き入れする前
の元の材料である鋼板の組成としては、炭素０．１１９
重量％、ケイ素０．０１０％、マンガン１．５７重量
％、リン０．００７重量％、イオウ０．００３重量％、
ホウ素０．００３９重量％、残部鉄のもので実験した。
鋼板は、厚さ１．４ｍｍ、Ｔ／Ｐサイズ１００＊２５０
の板材である。

【００１３】加熱温度と平均粒径との関係を図１に示
す。加熱温度９００度のとき平均粒径７．７μｍ、９５
０度のとき７．０μｍ、１０００度のとき１０．１μ
ｍ、１０５０度のとき１３μｍであった。従って、平均
粒径を約１０μｍ以下とするためには、加熱温度を約１
０００度以下とすることが必要である。また、当然なが
ら、９００度以下では、焼き入れが不十分となるため、
９００度以上１０００度以下に加熱することが必要とな
る。

【００１４】次に、鋼板材料の組成を変えて実験を行っ
た。鋼板材料の組成と結晶の平均粒径との関係を図２に
示す。番号の１，２，３が本発明の実施例であり、４番
から７番は、従来例である。実施例では、炭素を０．１
１９〜０．１６重量％、ケイ素０．０１〜０．０２重量
％、マンガン０．８２〜１．５７重量％、リン０．００
７〜０．０１８重量％、イオウ０．００３〜０．０１１
重量％、ホウ素０．００２０〜０．００３９重量％、残
部鉄である。ホウ素の欄の「・・・」は、意図的には添
加していないが、微量含まれている可能性を示してい
る。従来例では、炭素０．０８〜０．１７重量％、マン
ガン０．９５〜１．９８重量％、番号７のみホウ素０．
０００３重量％である。本発明の実施例である１番（加
熱温度１０００度以下）から３番では、平均粒径が約１
０μｍ以下となっていることがわかる。

【００１５】ここで、本発明の実施例によると、何故平
均粒径を小さくできるのかについて、考えてみる。通
常、焼き入れ性を改善するためにホウ素を添加するが、
その際窒素や酸素の不純物とホウ素が化合しないように
チタンやアルミニウム等により不純物を固定する（Ｔｉ
Ｎ等の化合物として）。その化合物により、オーステナ
イト結晶粒の成長が抑えられ、元々の母材の結晶粒も細
かくなる。また、焼き入れの時、粒界や粒内に存在する
ホウ素から焼き入れ変態（マルテンサイト）が開始され
るため、焼き入れ組織を細かくしていると考えられる。

【００１６】衝撃評価としては、平板の側面にＵ字形の
ノッチをつけたものを５枚重ねて貼り合わせ、シャルピ
衝撃試験を行った。すなわち、両端を支持した試験片の
中央を、ハンマで打撃折断するものである。この衝撃試
験で使用する試験片は、ＪＩＳＺ２２０３の５号試
験片に準ずるが試験片の厚みは１．４ｍｍのものを使用
している。衝撃試験は、材料の衝撃力に対する抵抗力、
すなわち靱性を測定するためにおこなわれるものであ
る。図３に、平均粒径とシャルピ衝撃試験での衝撃値
（単位Ｊ／ｃｍ²）との関係を示す。平均粒径が約１０
μｍ以下とすれば、衝撃値を約８０Ｊ／ｃｍ²以上とす
ることができることがわかる。

【００１７】その理由としては、粒径が細かくなると靱
性が良くなるのは、破壊時に亀裂が進行する経路がジグ
ザグとなり、エネルギを多く消費するためと考えられ
る。

【００１８】以上説明したように、本実施の形態の鋼板
強化方法によれば、鋼板を部分的に加熱し、続いて冷却
することにより、鋼板製品の所定領域について強度を強
くする鋼板強化方法であって、所定部分の平均粒径が１
０μｍ以下であるので、鋼板製品の所定領域について、
靱性を保ちながら、強度を強くすることができる。ま
た、本実施の形態の鋼板強化方法によれば、鋼板の材料
組成が、炭素０．１０〜０．１８重量％、ケイ素０．０
３重量％以下、マンガン０．６０〜１．６０重量％、リ
ン０．０２重量％以下、イオウ０．０１３重量％以下、
ホウ素０．００１〜０．００４重量％、残部鉄であるの
で、焼き入れにより強度をアップさせたときに、平均粒
径１０μｍ以下にすることができる。また、加熱条件
を、摂氏９００度以上１０００度以下、１秒以上３秒以
下としているので、平均粒径を１０μｍ以下にすること
ができる。

【００１９】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が
可能である。例えば、本実施の形態では、加熱方法とし
て高周波加熱機を使用したが、部分加熱できる方法、例
えばレーザ加熱でも同様である。

【００２０】

【発明の効果】本発明の鋼板強化方法または強化鋼板に
よれば、鋼板を部分的に加熱し、続いて冷却することに
より、鋼板の所定領域の強度を強くする鋼板強化方法で
あって、所定部分の平均粒径が１０μｍ以下であるの
で、鋼板の所定領域の靱性を保ちながら、強度を強くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱温度と平均粒径との関係を示す表図であ
る。

【図２】材料組成と平均粒径との関係を示す表図であ
る。

【図３】平均粒径と衝撃値との関係を示す表図である。

【図４】焼き入れ対象であるセンターピラーリーンフォ
ースの形状及び焼き入れ部分を示す図である。

【符号の説明】

１センターピラーリーンフォース２ロッカーパネル３焼き入れ領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板を部分的に加熱し、続いて冷却する
ことにより、鋼板の所定部分の強度を強くする鋼板強化
方法において、前記所定部分の平均粒径が１０μｍ以下であることを特
徴とする鋼板強化方法。
【請求項２】請求項１に記載する鋼板強化方法におい
て、前記鋼板の材料組成が、炭素０．１０〜０．１８重量
％、ケイ素０．０３重量％以下、マンガン０．６０〜
１．６０重量％、リン０．０２重量％以下、イオウ０．
０１３重量％以下、ホウ素０．００１〜０．００４重量
％、残部鉄であることを特徴とする鋼板強化方法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載する鋼板
強化方法において、前記加熱条件が、摂氏９００度以上１０００度以下、１
秒以上３秒以下であることを特徴とする鋼板強化方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３に記載する鋼板強
化方法のいずれか１つで強化されたことを特徴とする強
化鋼板。