JP2004114912A

JP2004114912A - 耐軸圧潰特性に優れた成形部材

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Publication number: JP2004114912A
Application number: JP2002283602A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamamoto; 山本　憲司; Kazuo Okamura; 岡村　一男; Yoshitaka Hattori; 服部　義孝; Kazuaki Chiba; 千葉　一昭; Kenji Moroi; 諸井　賢児
Original assignee: HIRATA TECHNICAL CO Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: HIRATA TECHNICAL CO Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】軸圧縮エネルギーを安定して吸収することができる耐軸圧潰特性に優れた鋼製のハット型成形部材を提供する。
【解決手段】▲１▼部材上面の幅方向中心部を通りしかも上面に垂直な面に関して対をなす部材コーナー部並びにコーナー部を挟んだ上面及び側面の各一部からなる焼入れ硬化領域の複数組を、部材長手方向に断続的に有する耐軸圧潰特性に優れた成形部材。▲２▼断続的に存在する複数組の対をなす焼入れ硬化領域の部材長手方向の幅が、衝撃荷重が作用する衝突端側から他端側に向けて順次長くなっておれば一層好ましい。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐軸圧潰特性に優れた成形部材に関し、より詳しくは、衝撃エネルギーを自らの軸圧縮塑性変形で吸収することができる、部材長手方向に断続的な焼入れが施された鋼製の耐軸圧潰特性に優れたハット型成形部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用部材のうちフロントサイドメンバー、リアサイドメンバー及びこれらのイクステンション部材には、衝突などによって生じる外部からの圧縮衝撃力を部材の軸圧縮による塑性変形（以後、軸圧潰という）で吸収し、衝撃変形が燃料タンクや客室へ及ぶことを防止する機能が要求される。
【０００３】
前記部材の素材となる鋼板の肉厚（板厚）を大きくすることで、上記衝撃変形が燃料タンクや客室へ及ぶことを防止できるものの、環境問題を背景とした排ガス規制や燃費向上といった観点からの最近の素材の薄肉軽量化の流れに反することとなる。このため、素材を高強度化して、薄肉軽量化を図るとともに前記衝撃変形の問題をも解決することが行われてきた。
【０００４】
しかしながら、素材の高強度化は、部材成形時の割れやスプリングバックの発生につながり、部材形状の確保が困難になるという新たな問題を生じている。
【０００５】
そこで、素材そのものを高強度化するのではなく、素材を部材へと成形した後、高周波焼入れ装置などを用いて加熱・焼入れすることによって高強度化を達成する技術が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、部材の一方の端部から他方の端部にかけての中央部分に連続的に焼入れ硬化領域を設ける技術が開示されている。
【０００７】
又、特許文献２には、部材の中で強度が必要とされる部位に高密度エネルギー源（実質的にはレーザー）を照射することによって形成されたビード状の焼入れ硬化部を複数持つことを特徴とする高強度プレス成形品が開示されている。
【０００８】
しかしながら、上記２つの特許文献で提案された焼入れ強化は、実質的に部材の長さ方向に沿ってなされており、したがって、軸圧潰よりはむしろ曲げ荷重に対するエネルギー吸収に適した部材の高強度化でしかない。これは、長さ方向に沿って焼入れ強化を施した部材では、軸圧潰を受けたときに部材が折れるような座屈変形を生じやすく、安定したエネルギー吸収が困難なためである。
【０００９】
特許文献３には、衝突エネルギーの吸収を最小質量で達成する接合構造部材の製造方法として、点接合部を高周波焼入れ又はレーザー焼入れによって強化する方法が開示されている。しかし、この特許文献で提案された方法は、部材横断面があらかじめ閉断面をなす場合には点溶接部の焼入れが可能であるものの、自動車のリアサイドメンバーのように、ハット型部材が車体を構成する他の部品と点溶接される場合には、点溶接部が車体に組み込まれた段階で生じることになり、該当部に焼入れを施すことが困難である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１７９３３号公報
【特許文献２】
特開平４−７２０１０号公報
【特許文献３】
特開平１０−６８０２１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、その目的は、軸圧縮エネルギーを安定して吸収することができる耐軸圧潰特性に優れた鋼製のハット型成形部材を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）及び（２）に示す耐軸圧潰特性に優れた成形部材にある。
【００１３】
（１）ハット型成形部材であって、部材上面の幅方向中心部を通りしかも上面に垂直な面に関して対をなす部材コーナー部並びにコーナー部を挟んだ上面及び側面の各一部からなる焼入れ硬化領域の複数組を、部材長手方向に断続的に有することを特徴とする耐軸圧潰特性に優れた成形部材。
【００１４】
（２）断続的に存在する複数組の対をなす焼入れ硬化領域の部材長手方向の幅が、衝撃荷重が作用する衝突端側から他端側に向けて順次長くなっていることを特徴とする上記（１）に記載の耐軸圧潰特性に優れた成形部材。
【００１５】
ここで「ハット型成形部材１」とは、図１（ａ）に示すような形状の部材を指し、その「上面４の幅方向」とは図１（ａ）におけるｙ軸方向を指す。
【００１６】
「対をなす焼入れ硬化領域」とは図１（ａ）に示す「Ａ１とＡ２」、「Ｂ１とＢ２」や「Ｃ１とＣ２」のような各一対の焼入れ硬化領域２をいう。「焼入れ硬化領域２」とは、焼入れ処理を施していない部位である生地の硬さよりも高い硬さを有する領域を指す。なお、図１（ａ）では上記「Ａ１とＡ２」などの「対をなす焼入れ硬化領域」は部材上面４の幅方向中心部を通りしかも上面４に垂直な面に関して対称となる位置に記載しているが、ずれた位置にあっても構わない。
【００１７】
「部材長手方向」とは、図１（ａ）におけるｘ軸方向、つまり正面衝突時に衝撃荷重が作用する方向のことをいい、「対をなす焼入れ硬化領域の部材長手方向の幅」とは、前記「Ａ１とＡ２」、「Ｂ１とＢ２」や「Ｃ１とＣ２」のように対をなす焼入れ硬化領域２について、「Ａ１」、「Ａ２」、「Ｂ１」、「Ｂ２」、「Ｃ１」や「Ｃ２」などの各焼入れ硬化領域それぞれの図１（ａ）におけるｘ軸方向の長さをいう。
【００１８】
以下、上記（１）及び（２）の耐軸圧潰特性に優れた成形部材に係る発明を（１）及び（２）の発明という。
【００１９】
本発明者らは、前記した目的を達成するために、薄鋼板を成形して作製したハット型成形部材に種々の条件で高周波焼入れを施し、軸圧潰でのエネルギー吸収特性との関係について検討した。その結果、下記（ａ）〜（ｅ）の知見が得られた。
【００２０】
（ａ）ハット型成形部材１が軸圧縮荷重を受けて変形する際、部材はコーナー部３において大きな塑性歪を発生し、これによってエネルギーを吸収することができる。
【００２１】
なおこの事項は、本発明者らがハット型成形部材１において実施した軸圧潰の有限要素解析によっても確認された。
【００２２】
（ｂ）エネルギー吸収は部材の塑性変形によってなされるので、塑性変形が進行するときの部材の応力、すなわち、初期及び後続の降伏応力が高い材料ほど優れたエネルギー吸収性能を発揮できる。
【００２３】
（ｃ）鋼製の部材は、これに焼入れ処理を施すことで組織をマルテンサイトにすることができ、マルテンサイトの降伏応力は同一化学組成の材料について得られる組織の中で最も大きい。したがって、部材のコーナー部を含めて焼入れ硬化させることによって、高いエネルギー吸収性能を得ることができる。
【００２４】
（ｄ）高周波焼入れして対をなす焼入れ硬化領域２を部材長手方向に連続的に設けるのではなく、前記「Ａ１」と「Ｂ１」、「Ａ２」と「Ｂ２」、「Ｂ１」と「Ｃ１」などのように断続的に形成し、部材長手方向の相隣る焼入れ硬化領域２の間に非硬化領域を残しておけば、その非硬化領域が軸圧潰変形時の折れたたみ変形の起点となって、軸圧潰での折れ曲がり変形が防止され変形モードを安定化させることができる。したがって、耐軸圧潰特性に優れた成形部材、換言すれば、軸圧潰によるエネルギーを効率よく吸収できる部材（すなわち短い圧潰ストロークで大きなエネルギーを吸収できる部材）を得るには、部材に複数の折りたたみ変形（いわゆる「提灯座屈」）が順次生じる変形モードとし、部材がエネルギーを安定して吸収できるようにすればよい。
【００２５】
（ｅ）エネルギ吸収性能に加えて変形モードが安定した部材の場合には、衝突方向に多少の変動があって斜め方向から衝突が生じる場合であっても、同様な変形が生じて確実にエネルギー吸収が果たされる。
【００２６】
なお、図２は、コーナー部３並びにコーナー部３を挟んだ上面４及び側面５の各一部を長手方向に連続的に焼入れたハット型成形部材１及びその部材に、一端（固定端６）を固定して他端（衝突端７）の側から軸圧縮衝撃荷重を加えた場合の変形状況を示すものである。なお、図２における（ａ）は軸圧縮衝撃荷重を加える前（つまり変形前）のハット型成形部材１の斜視図で、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ軸圧縮衝撃荷重を加えた後（つまり変形後）の部材の平面図及び側面図である。この図２から、コーナー部３並びにコーナー部３を挟んだ上面４及び側面５の各一部を長手方向に連続的に焼入れしたハット型成形部材１の場合には、部材に折れ曲がり変形が発生し、変形モードが安定しないことが明瞭である。
【００２７】
一方、図１は、上記図２と同じ形状を有するハット型成形部材１を用いて、コーナー部３並びにコーナー部３を挟んだ上面４及び側面５の各一部を長手方向に断続的に焼入れし、そのハット型成形部材に上記と同様に、一端（固定端６）を固定して他端（衝突端７）の側から軸圧縮衝撃荷重を加えた場合の部材変形状況を示すものである。図１における（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）も前記図２におけると同様に、（ａ）が軸圧縮衝撃荷重を加える前（つまり変形前）の部材斜視図で、（ｂ）及び（ｃ）がそれぞれ軸圧縮衝撃荷重を加えた後（つまり変形後）の部材の平面図及び側面図である。この図１から、コーナー部３並びにコーナー部３を挟んだ上面４及び側面５の各一部を長手方向に断続的に焼入れしたハット型成形部材１の場合には、不安定座屈は発生せず、非焼入れ部（非硬化部）を節として安定的に折りたたみ座屈変形が生じることが明らかである。
【００２８】
前記（１）及び（２）の発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各要件について詳しく説明する。
【００３０】
本発明に係る耐軸圧潰特性に優れたハット型成形部材１は、部材上面４の幅方向中心部を通りしかも上面４に垂直な面に関して対をなす部材コーナー部３並びにコーナー部３を挟んだ上面４及び側面５の各一部からなる焼入れ硬化領域２の複数組を、部材長手方向に断続的に有するものでなければならない。その理由は次のとおりである。
【００３１】
ハット型成形部材１を、例えば連続的に高周波焼入れし、焼入れ硬化領域２を部材長手方向に連続的に設けた場合、焼入れ硬化領域２は長手方向に強度が等しいため、部材の或る部位に変形が発生するとその部位の変形だけが進みやすく、他の部位には折りたたみ変形が進展し難い。このため、部材が一方向に折れ曲がる変形状態の、いわゆる「不安定座屈」を生じてしまう。
【００３２】
これに対して、複数の焼入れ硬化領域２が、例えば、図１（ａ）に示す「Ａ１」と「Ｂ１」、「Ａ２」と「Ｂ２」、「Ｂ１」と「Ｃ１」などのように部材長手方向に断続的に存在すれば、焼入れ硬化領域２と焼入れされていない非硬化領域の変形抵抗の差によって折りたたみ変形モードが確保され、部材はエネルギーを安定して吸収できる。更に、上記の断続的な複数の焼入れ硬化領域２が、部材上面４の幅方向中心部を通りしかも上面４に垂直な面に関して、例えば、図１（ａ）に示す「Ａ１とＡ２」、「Ｂ１とＢ２」、「Ｃ１とＣ２」などのように対をなしておれば、変形の一層の安定性が確保される。なお、軸圧潰時に最も大きな塑性変形を受けるのは、部材コーナー部３並びにコーナー部３を挟んだ上面４及び側面５の各一部であり、この領域の強度が高いほど、エネルギー吸収性能を高めることができる。
【００３３】
したがって、（１）の発明に係る耐軸圧潰特性に優れた成形部材は、部材上面４の幅方向中心部を通りしかも上面４に垂直な面に関して対をなす部材コーナー部３並びにコーナー部３を挟んだ上面４及び側面５の各一部からなる焼入れ硬化領域２の複数組を、部材長手方向に断続的に有するものとした。
【００３４】
（１）の発明に係るハット型成形部材１の上記部位に断続的に存在する焼入れ硬化領域２の部材長手方向の幅が等間隔の場合にも折りたたみ変形モードが確保され、部材はエネルギーを安定して吸収できる。しかし、上記焼入れ硬化領域２の部材長手方向の幅を衝撃荷重が作用する衝突端７から固定端６となる他端側に向けて順次長くすれば、衝突端７側の変形抵抗が上記の幅が等間隔である場合よりも小さくなることから、衝突端７側からより一層安定して折りたたみ変形を順次形成させることができ、座屈の進展方向が極めて安定する。
【００３５】
したがって、（２）の発明に係るハット型成形部材１は、断続的に存在する複数組の対をなす焼入れ硬化領域２の部材長手方向の幅が、衝撃荷重が作用する衝突端７側から他端側に向けて順次長くなっているものとした。
【００３６】
なお、既に述べたように、「ハット型成形部材１」とは、図１（ａ）に示すような形状の部材を指し、その「上面４の幅方向」とは図１（ａ）におけるｙ軸方向を指す。又、「対をなす焼入れ硬化領域」とは図１（ａ）に示す「Ａ１とＡ２」、「Ｂ１とＢ２」や「Ｃ１とＣ２」のような各一対の焼入れ硬化領域２をいう。更に、「部材長手方向」とは、図１（ａ）におけるｘ軸方向のことをいい、「対をなす焼入れ硬化領域の部材長手方向の幅」とは、前記「Ａ１とＡ２」、「Ｂ１とＢ２」や「Ｃ１とＣ２」のように対をなす焼入れ硬化領域２について、「Ａ１」、「Ａ２」、「Ｂ１」、「Ｂ２」、「Ｃ１」や「Ｃ２」などの各焼入れ硬化領域それぞれの図１（ａ）におけるｘ軸方向の長さをいう。なお、「対をなす焼入れ硬化領域」である「Ａ１」と「Ａ２」の部材長手方向の幅は同じでなくてもよく、同様に、「Ｂ１」と「Ｂ２」や「Ｃ１」と「Ｃ２」などの部材長手方向の幅もそれぞで同じでなくてもよいが、変形モードの安定性という点からは、それぞれの「対をなす焼入れ硬化領域」の部材長手方向の幅は同じであることが好ましい。
【００３７】
又、前記図１（ａ）では上記「Ａ１とＡ２」などの「対をなす焼入れ硬化領域」は部材上面４の幅方向中心部を通りしかも上面４に垂直な面に関して対称となる位置に記載しているが、ずれた位置にあっても構わないことは既に述べたとおりである
更に、「焼入れ硬化領域２」が、焼入れ処理を施していない部位である生地の硬さよりも高い硬さを有する領域を指すことも既に述べたとおりである。
【００３８】
（１）及び（２）の発明に係る耐軸圧潰特性に優れた成形部材は、鋼板を通常の方法で所定形状のハット型成形部材に成形加工した後、例えば高周波焼入れやレーザー焼入れすることで製造することができる。
【００３９】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
【００４０】
【実施例】
（実施例１）
４４０ＭＰａ級固溶強化型高張力鋼であるＪＩＳ　Ｇ　３１３５に記載されたＳＰＦＣ４４０の厚さ１．２ｍｍの鋼板を用いて、プレス成形によって、長さが５０３ｍｍ、高さが５５ｍｍ、ハット幅が８０ｍｍでフランジ幅が２３．２ｍｍのハット型成形部材を６体作製した。
【００４１】
次いで、上記形状の供試体のうち３体（供試体１−１、１−２及び１−３）には、両端部の各５１．５ｍｍを除く全長にわたり、高周波加熱による焼入れを施した。なお、断面方向の加熱・焼入れ領域、つまり焼入れ硬化領域２は、各供試体の上コーナー部３を中心に上面４側約１０ｍｍ、側面５側約３０ｍｍとした。
【００４２】
一方、残りの３体（供試体２−１、２−２及び２−３）に対しては、片端部５１．５ｍｍを非加熱とし、後続部分に５０ｍｍの加熱部と２０ｍｍの非加熱部を交互に繰り返すように高周波加熱処理して焼入れた。この処理を施した供試体２−１、２−２及び２−３は、両端部に各５１．５ｍｍの非硬化領域と供試体の長手方向に５箇所の非硬化領域がある、断続的な５０ｍｍ幅の焼入れ硬化領域２を有するものである。なお、断面方向の焼入れ硬化領域２は供試体１−１、１−２及び１−３と同様とした。
【００４３】
このようにして得た各供試体の両端各５１．５ｍｍを切り落とし、供試体下部の開口部を塞ぐように開口縁部のフランジ１２に、供試体と同材質の板厚１．２ｍｍの平板１１を３０ｍｍ間隔でスポット溶接し、その両端に供試体と同材質の板厚が５ｍｍで２００ｍｍ×２００ｍｍの端板をアーク溶接で全周溶接し、衝突試験に供した。
【００４４】
衝突試験は、落錘式圧縮試験機を用い、２１０ｋｇの錘を５５ｋｍ／ｈの速度で衝突させて圧潰量（圧潰変位量）が１９０ｍｍとなるまで供試体を圧潰し、最大荷重と吸収エネルギーを測定した。
【００４５】
試験結果を表１に示す。この表１におけるＥ_１５０　はエネルギー吸収量であり、圧潰量が１５０ｍｍとなるまでの軸圧縮荷重の積分値である。ここで、圧潰量１５０ｍｍまでのエネルギー吸収量であるＥ_１５０　を求めたのは、衝突後期となる圧潰量１５０ｍｍを超える領域では、変形した部材の一部が端板に接触し始め、端板直下に設置したロードセルによって検出される荷重が急激に上昇し、部材そのものの正確なエネルギー吸収量を求めることができないためである。
【００４６】
又、表１におけるＦｍａｘ　は最大荷重を意味し、衝突直後に発生する軸圧縮荷重の最大値である。なお、この値は小さい方が好ましい。それは、この値が大きいほど衝突初期の衝撃力が大きく、自動車の場合、燃料タンクや客室乗員に与えるダメージも大きくなるからである。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１から、エネルギー吸収量Ｅ_１５０　は、連続焼入れを施した供試体１−１、１−２及び１−３の方が断続焼入れを施した供試体２−１、２−２及び２−３に比べて高くなっている。しかし、供試体１−１、１−２及び１−３は圧潰時の変形モードは折れ曲がり変形であった。これに対し、本発明の規定を満たす供試体２−１、２−２及び２−３の場合には圧潰時の変形モードは安定した折りたたみ変形となっていた。
【００４９】
図３に、一例として、供試体１−１と供試体２−１の「圧潰量（変位量）−軸圧縮荷重」曲線及び「圧潰量（変位量）−衝突吸収エネルギー」曲線を示す。連続焼入れを施した供試体１−１の軸圧縮荷重は初期座屈以降、荷重の第２ピーク、第３ピークが出現しているのに対し、断続焼入れを施した本発明例としての供試体２−１の場合には荷重が徐々に減衰し、衝撃力を安定して吸収していることが明らかである。
【００５０】
（実施例２）
焼入れパターン、つまり、焼入れ硬化領域２のパターンがハット型成形部材１の軸圧潰特性に及ほす影響を調べるに当たり、これをすべて実験的に検証するのではなく、数値解析で代替することによって適切な焼入れパターンを机上で検討することができる。そこで、焼入れ及び軸圧潰の有限要素法を構築し、前記実施例ｌにおける実験条件での数値解析を行うことによって、その解析精度を検証した。
【００５１】
すなわち、次に示す（イ）〜（ハ）の３段階から構成される有限要素法によって衝突性能を評価し、前記実施例ｌの実験結果と対比した。
【００５２】
（イ）磁場解析により高周波加熱時の発熱状況を求める。
【００５３】
（ロ）上記の結果を本発明者らが開発した焼入れ解析モデルヘの入熱条件として、高周波焼入れ時の残留応力、部材硬化の状況を解析する。
【００５４】
（ハ）上記解析結果を初期条件として衝突解析を実施し、衝突性能を評価する。
【００５５】
先ず、「磁場解析」では、実施例１の連続焼入れした供試体１−１、１−２及び１−３、並びに、断続焼入れした供試体２−１、２−２及び２−３の加熱状況を模擬するためのコイル形状や電流条件を与え、発生する渦電流分布からジュール熱を推定した。
【００５６】
次に、「焼入れ解析」では、鋼の組織変化、いわゆる相変態を考慮して加熱後の急冷によるマルテンサイト硬化領域や残留応力分布を推定した。
【００５７】
最後に、「衝突解析」では焼入れした成形部材の下部開口部に板厚１．２ｍｍの平板１１を追加し、成形部材のフランジ１２と３０ｍｍ間隔のスポット溶接部１０で接合した。又、部材両端面には端板に相当する剛体面（固定端剛体面８と衝突端剛体面９）を設定した。
【００５８】
数値解析に供したハット型成形部材の一例として、図４に、「対をなす焼入れ硬化領域」を部材上面の幅方向中心部を通りしかも上面に垂直な面に関して対称となる位置に配置して断続焼入れした場合の供試体を模式的に示す。
【００５９】
このモデルに、「焼入れ解析」で求めた部材の残留応力や変態硬化の情報を導入し、一端の剛体面（固定端剛体面８）を固定し、他端の剛体面（衝突端剛体面９）に時速５５ｋｍ／ｈの衝撃荷重を与えた。
【００６０】
上記の有限要素法によって解析した結果の一例として、供試体１−３及び２−１に関する解析結果を表２に示す。表２における「実験値」は実施例１における実験値を、「解析値」は有限要素法による解析値を示す。なお、エネルギー吸収量及び最大荷重は、実施例１と同様に圧潰量が１５０ｍｍになるまでの軸圧縮荷重の積分値及び衝突直後に発生する軸圧縮荷重の最大値である。
【００６１】
【表２】

【００６２】
表２から、エネルギー吸収量と最大荷重のいずれについても、「実験値」と「解析値」の対応は良好であり、有限要素法による数値解析によって衝突性能の評価が可能であることが確認できた。
【００６３】
（実施例３）
実施例２に示した有限要素法を用いて、前記したＳＰＦＣ４４０の厚さ１．４ｍｍの鋼板を、長さが２５０ｍｍ、高さが５０ｍｍ、ハット幅が５０ｍｍでフランジ幅が２０ｍｍのハット型成形部材に成形し、種々の条件で高周波加熱して焼入れした場合の圧潰特性を解析した。
【００６４】
ハット型成形部材の長手方向の焼入れパターンは、▲１▼等間隔断続焼入れ処理、▲２▼非等間隔断続焼入れ処理及び▲３▼連続焼入れ処理、の３条件とし、いずれの場合においても、部材固定端側に１５ｍｍ、衝突端側に２０ｍｍの非加熱領域、つまり非硬化領域を設けた。ここで、焼入れは部材上面４の幅方向中心部を通りしかも上面４に垂直な面に関して対称な領域に施すものとした。なお、▲４▼として、上記と同じ形状で焼入れ処理しない場合、についても圧潰特性を解析した。
【００６５】
又、１グレード上位のハイテン材として、５９０ＭＰａ級の低降伏比型２相鋼であるＪＩＳ　Ｇ　３１３５に記載されたＳＰＦＣ５９０Ｙの厚さ１．４ｍｍの鋼板を対象として、このまま焼入れ処理しない場合（つまり、上記▲４▼の場合）の圧潰特性も解析した。
【００６６】
なお、上記▲１▼〜▲３▼の成形部材の長手方向の焼入れパターンの詳細は、次のとおりである。
【００６７】
▲１▼部材長手方向に３５ｍｍの加熱・焼入れ領域、１０ｍｍの非加熱領域を繰り返す「等間隔断続焼入れパターン」。
【００６８】
▲２▼部材長手方向に、衝突先端側から１０ｍｍの非加熱領域を挟んでそれぞれ２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍ、４０ｍｍ及び４５ｍｍの幅の加熱・焼入れ領域を有する「非等間隔断続焼入れパターン」。
【００６９】
▲３▼部材長手方向全長にわたり焼入れ部を有する「連続焼入れパターン」。
【００７０】
成形部材の高さ方向の加熱・焼入れ領域群、つまり焼入れ硬化領域群の深さは、上記▲１▼〜▲３▼の長手方向の焼入れパターンのそれぞれについて、（１）　部材上面から２１ｍｍ（部材高さに対し４１％。なお、部材高さとは図１におけるｚ軸方向の距離をいう）、（２）　部材上面から２８ｍｍ（部材高さに対し５６％）、（３）　部材上面から３６ｍｍ（部材高さに対し７２％）、の３条件とした。なお、図５に示すように、上面４側の焼入れ硬化領域は、各供試体とも側面５から１１ｍｍとした。この図５は上記　（１）の場合を示すものである。
【００７１】
「焼入れ硬化領域２」が焼入れ処理を施していない部位である生地の硬さよりも高い硬さを有する領域を指すことは既に述べたとおりである。
【００７２】
前記のようにして得た各部材について、実施例２と同様に有限要素法によって解析し、衝突性能を評価した。
【００７３】
すなわち、上記▲１▼〜▲３▼の条件で焼入れ処理したＳＰＦＣ４４０を素材とするハット型成形部材に関しては、「磁場解析」及び「焼入れ解析」を行い、次いで、焼入れした上記サイズの成形部材の下部開口部に供試体と同材質の板厚１．０ｍｍの平板１１を追加し、成形部材のフランジ１２と３０ｍｍ間隔のスポット溶接部１０で接合した。このモデルに、「焼入れ解析」で求めた部材の残留応力や変態硬化の情報を導入し、一端の剛体面（固定端剛体面８）を固定し、他端の剛体面（衝突端剛体面９）に時速５５ｋｍ／ｈで衝撃荷重を与えた。
【００７４】
上記の有限要素法によって解析した結果を表３に示す。表３におけるエネルギー吸収量及び最大荷重は、実施例１及び２と同様に、圧潰量が１５０ｍｍになるまでの軸圧縮荷重の積分値及び衝突直後に発生する軸圧縮荷重の最大値である。
【００７５】
【表３】

【００７６】
表３から、次の［１］〜［４］の事項が明らかである。
【００７７】
［１］．　ＳＰＦＣ４４０を素材とする条件▲４▼の焼入れしない部材、つまり供試体Ｃのエネルギー吸収量が５．６７ｋＪであるのに対し、部材長手方向に前記条件▲１▼及び▲２▼の「断続焼入れパターン」で処理した高さ方向に前記（３）　の部材上面から３６ｍｍの焼入れ硬化領域を有する部材、つまり供試体Ａ−１３及びＡ−２３のエネルギー吸収量はそれぞれ６．６５ｋＪと６．６２ｋＪで、供試体Ｃのエネルギー吸収量に比ベて１５％を超えて上昇している。
【００７８】
［２］．　部材長手方向に前記条件▲１▼及び▲２▼の「断続焼入れパターン」で処理したＳＰＦＣ４４０を素材とする部材、つまり供試体Ａ−１１、Ａ−１２、Ａ−１３、Ａ−２１、Ａ−２２及びＡ−２３のエネルギー吸収量は、１グレード上位のハイテン材であるＳＰＦＣ５９０Ｙを素材とする条件▲４▼の焼入れしない部材、つまり供試体Ｄのエネルギー吸収量と同等である。
【００７９】
［３］．　「断続焼入れパターン」で処理した部材のエネルギー吸収量は、部材の焼入れ硬化領域の深さが大きくなるほど増加する傾向にある。
【００８０】
［４］．　部材長手方向に前記条件▲３▼の「連続焼入れパターン」で処理したＳＰＦＣ４４０を素材とする部材、つまり供試体Ｂ−１、Ｂ−２及びＢ−３のエネルギー吸収量は、前記条件▲１▼及び▲２▼の「断続焼入れパターン」で処理した供試体Ａ−１１、Ａ−１２、Ａ−１３、Ａ−２１、Ａ−２２及びＡ−２３のエネルギー吸収量より高いものの、圧潰時の変形モードはすべて折れ曲がり変形で、不安定なものである。これに対して、「断続焼入れパターン」で処理した場合の圧潰時の変形モードはいずれも安定した折りたたみ変形である。
【００８１】
なお、圧潰時の変形モードとして折りたたみ変形が得られる「断続焼入れパターン」で処理した供試体の衝突初期における座屈は、条件▲１▼の「等間隔断続焼入れパターン」、条件▲２▼の「非等間隔断続焼入れパターン」に関わらず、全て部材中央部から始まった。しかし、衝突の中期及び後期では、「等間隔断続焼入れパターン」で処理した供試体Ａ−１１、Ａ−１２及びＡ−１３の場合、固定端側に座屈が進むのに対し、「非等間隔断続焼入れパターン」で処理した供試体Ａ−２１、Ａ−２２及びＡ−２３の場合には衝突先端側から安定座屈した。
【００８２】
上述の実施例３では、本発明に係る成形部材の鋼種として、ＳＰＦＣ４４０を採用したが、これに限定することなく鋼種が変化しても同様な作用が得られることを確認した。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の成形部材は、軸圧縮エネルギーを安定して吸収することができ耐軸圧潰特性に優れるので、自動車用部材、なかでもフロントサイドメンバー、リアサイドメンバー及びこれらのイクステンション部材として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コーナー部並びにコーナー部を挟んだ上面及び側面の各一部を長手方向に断続的に焼入れしたハット型成形部材及びそれに軸圧縮衝撃荷重を加えた場合の部材変形状況を示す図で、（ａ）は軸圧縮衝撃荷重を加える前（つまり変形前）の部材斜視図、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ軸圧縮衝撃荷重を加えた後（つまり変形後）の部材の平面図及び側面図である。
【図２】コーナー部並びにコーナー部を挟んだ上面及び側面の各一部を長手方向に連続的に焼入れしたハット型成形部材及びそれに軸圧縮衝撃荷重を加えた場合の部材変形状況を示す図で、（ａ）は軸圧縮衝撃荷重を加える前（つまり変形前）の部材斜視図、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ軸圧縮衝撃荷重を加えた後（つまり変形後）の部材の平面図及び側面図である。
【図３】実施例１で用いた供試体１−１と供試体２−１の衝突試験における軸圧潰特性を示す図である。
【図４】実施例２の数値解析で用いた断続焼入れした供試体を模式的に示す図で、「対をなす焼入れ硬化領域」を部材上面の幅方向中心部を通りしかも上面に垂直な面に関して対称となる位置に配置した場合の図である。
【図５】実施例３における側面硬化領域の深さ及び上面側の硬化領域を説明する図で，硬化領域の深さが２１ｍｍの場合の図である。
【符号の説明】
１：ハット型成形部材、
２：焼入れ硬化領域、
３：コーナー部、
４：上面
５：側面、
６：固定端、
７：衝突端、
８：固定端剛体面、
９：衝突端剛体面、
１０：スポット溶接部、
１１：平板、
１２：フランジ、
Ａ１、Ａ２：対をなす焼入れ硬化領域、
Ｂ１、Ｂ２：対をなす焼入れ硬化領域、
Ｃ１、Ｃ２：対をなす焼入れ硬化領域。

Claims

ハット型成形部材であって、部材上面の幅方向中心部を通りしかも上面に垂直な面に関して対をなす部材コーナー部並びにコーナー部を挟んだ上面及び側面の各一部からなる焼入れ硬化領域の複数組を、部材長手方向に断続的に有することを特徴とする耐軸圧潰特性に優れた成形部材。
断続的に存在する複数組の対をなす焼入れ硬化領域の部材長手方向の幅が、衝撃荷重が作用する衝突端側から他端側に向けて順次長くなっていることを特徴とする請求項１に記載の耐軸圧潰特性に優れた成形部材。