JP2006193781A

JP2006193781A - 衝撃吸収部材用鋼板

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Publication number: JP2006193781A
Application number: JP2005006339A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Nakazawa; 嘉明中澤; Kenji Tamura; 憲司田村; Masato Uchihara; 正人内原; Kazuo Okamura; 一男岡村; Tsunetaka Yoshida; 経尊吉田; Yoribumi Sakamoto; 頼史阪本; Yuichi Takemoto; 雄一竹本; Katsuhiko Goraku; 勝彦合楽
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP4462041B2

Abstract

【課題】全体で安定して軸圧壊を発生し、その際の荷重が高荷重を維持しつつ荷重変動が小さく、小さい座屈しわを生成し、長さ当たりの座屈回数を増大させる特性を有する衝撃吸収部材の素材である鋼板を提供する。
【解決手段】Ｃ：０．０００５〜０．１５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：２．０％以下、Ｎ：０．０２％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、炭素当量Ｃｅｑ．＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／２４＋Ｍｎ（％）／６が０．４０％以下であるとともに、０．２％耐力ＹＳ又は下降伏点ＬＹＰが４３５ＭＰａ以上で、かつ０．２％耐力ＹＳと引張強度ＴＳとの比（ＹＳ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ、又は、下降伏点ＬＹＰと引張強度ＴＳとの比（ＬＹＰ／ＴＳ）である降伏比ＹＲが０．８５以上である衝撃吸収部材用鋼板である。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車等の輸送機において衝突の際のエネルギーを吸収する部材の素材である衝撃吸収部材用鋼板に関する。

自動車産業界においては、地球環境保護の強化への対応を目的とした省燃費化と更なる自動車安全性の追求とから、いわゆるクラッシュボックスやフロントサイドメンバーのような衝突時のエネルギーを吸収する衝撃吸収部材に対して、軽量でかつ衝突時のエネルギーを効率的に吸収することができる形状及び素材が望まれている。

すなわち、衝突時のエネルギーは、部材の塑性変形による塑性仕事として消費される。つまり、部材が塑性変形する際の抵抗力が高いほど、吸収するエネルギー量は高い傾向になる。したがって、主に高張力鋼板（ハイテン）が用いられるようになってきており、鋼板の強度レベルは年々上昇する傾向にある。このようなことから、優れた衝突性能を示す高張力鋼板に関する研究も精力的に行われており、数々の発明が提案されている。また、素材の面からだけではなく、優れた衝突性能を得るための形状についてさまざまな発明が提案されている。

今後、衝突安全に対する法規及びレイティングでの試験条件も、よりいっそう高速の条件に変更されることが予想されており、これにより、変形モードの不安定性が高まることから、従来よりも部材全体での変形モードの安定化を図るための形状と特性への高性能化の要求は、さらに強まるものと考えられる。

例えば特許文献１には、実際の衝突に相当する高歪み速度域（１０^１〜１０^３／秒）での変形は、低歪み速度域（１０^−２〜１０^０／秒）での変形に比較して、変形の局所化が発生するとの前提に立って、変形局所化を抑制、つまり加工硬化能を高めて変形均一化を図ることができる材料、具体的には、侵入型元素であるＣ及びＮを炭化物や窒化物として固定して歪み速度感受性を高めながら、析出物そのものを低減させて動的加工硬化能を高めた材料に係る発明が開示されている。特許文献１には、さらに、窒化物ボード及び酸化物を低減することにより歪集中を抑制した材料に係る発明も開示されている。

また、特許文献２には、残留オーステナイトの形態が衝突性能に影響を与えることから、良好な衝突性能を示す残留オーステナイト鋼の形態を得ることができる化学成分及び製造プロセスを規定することによって、残留オーステナイトを有する鋼板の衝突性を向上するための発明が、開示されている。

また、特許文献３には、実際の変形条件での材料特性の制御に着目し、衝突時の変形状態である平面ひずみ条件での加工硬化性能（ｎ値）を向上させるための化学成分、製造条件さらには材料特性を限定することによって、高い衝撃エネルギー吸収能を有する熱延鋼板を高歩留まりで安定して製造するための発明が、開示されている。

さらに、特許文献４には、２〜１０％の圧延率で素材に軽冷間圧延を施して降伏強度の調整を図ることにより、低コストで材質バラツキを抑制しながら製造でき、優れた衝突性能を発揮する鋼板に係る発明が開示されている。この発明に係る鋼板は、軽冷間圧延を施されることによって降伏強度が上昇するため、衝突変形を対象としたひずみ領域までの応力−ひずみ曲線において形成される積分値が大きくなるため、良好な衝突性能を得られる。
特開平８−１７６７３８号報特許第２７８３１００号公報特許第３３５３６２４号公報特開平１０−５８００４号報

これら特許文献１〜４により開示された衝撃吸収部材の素材である鋼板は、いずれも、衝突時の衝撃吸収部材に複数回発生する座屈変形の全体には着目しておらず、１回の座屈時における変形抵抗、つまり単発での変形性能の向上を図るものである。

しかしながら、衝突時の衝撃吸収部材に発生する変形は、１回のみ生じることは殆どなく、殆どの場合に塑性座屈変形を複数回繰り返して発生する。このため、１回の座屈変形が発生する際の変形（変形強度）を高めることだけでは、衝撃吸収部材全体で発生する衝突変形（座屈変形）の全てを向上させることはできない。

例えば、1回の座屈変形の抵抗が高くても、衝突時における衝撃吸収部材の座屈変形が安定しないと、軸方向に安定した座屈を発生せずに衝撃吸収部材の全体に曲がりが発生し、衝突時のエネルギーを十分に吸収することはできない。さらに、変形抵抗が高いものの座屈変形により生成したしわの寸法が大きいと、衝撃吸収部材の変形特性を示す荷重チャートに荷重の大きな変動を発生させるばかりか、座屈しわのサイズが大きいために衝撃吸収部材全体に発生し得る座屈回数が減少し、効果的に衝突時のエネルギーを吸収することができない。また、このような荷重の変動は、この衝撃吸収部材に接合される他の自動車車体構成部材を損傷させ、作用する加速度の大きな変動によっては乗員の十分な保護を図ることができないおそれもある。

このように、特許文献１〜４には、衝撃吸収部材全体での変形モードの安定化を図ることができる衝撃吸収部材用鋼板について何等記載されておらず、衝撃吸収部材全体で発生する衝突変形（座屈変形）の全てを向上させることは到底不可能である。

本発明は、０．２％耐力ＹＳ又は下降伏点ＬＹＰが４３５ＭＰａ以上で、かつ０．２％耐力ＹＳと引張強度ＴＳとの比（ＹＳ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ、又は、下降伏点ＬＹＰと引張強度ＴＳとの比（ＬＹＰ／ＴＳ）である降伏比ＹＲが０．８５以上であることを特徴とする衝撃吸収部材用鋼板である。

この本発明に係る衝撃吸収部材用鋼板では、Ｃｅｑ．＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／２４＋Ｍｎ（％）／６として規定される炭素当量Ｃｅｑ．が０．４０％以下であることが望ましい。なお、特にことわりがない限り、本明細書において組成に関して記載された「％」は「質量％」を意味するものとする。

これらの本発明に係る衝撃吸収部材用鋼板は、Ｃ：０．０００５〜０．１５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：２．０％以下、Ｎ：０．０２％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有することが望ましい。この場合に、本発明に係る衝撃吸収部材用鋼板が、（ａ）さらに、Ｔｉ：０．００２〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．３％、および、Ｖ：０．００２〜０．３％のうちの１種又は２種以上を含有すること、又は、（ｂ）Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、および、Ｍｏ：０．０１〜３．０％のうちの１種又は２種以上を含有することが、望ましい。

本発明により、全体において安定した変形（座屈形態）の実現を図り、全体を有効に活用して衝突時のエネルギーを安定かつ効率的に吸収することができる特性を有する衝撃吸収部材の素材である鋼板、具体的には、全体で安定して軸圧壊を発生し、その際の荷重が高荷重を維持しつつ荷重変動が小さく、小さい座屈しわを生成し、長さ当たりの座屈回数を増大させる特性を有する衝撃吸収部材の素材である鋼板を提供することができる。

つまり、本発明に係る衝撃吸収部材用鋼板は、対象となる衝撃吸収部材の形状に対して素材特性を最大限に発揮して衝突時のエネルギーを吸収することにより、さらなる高性能化と薄肉化による軽量化とを図ることができる。

このように、本発明に係る衝撃吸収部材用鋼板によれば、高性能かつ高効率な衝撃吸収部材を製作するための素材となる鋼板を提供することができ、自動車車体の衝突安全性の向上に大きく寄与することができる。

以下、本発明に係る衝撃吸収部材用鋼板を実施するための最良の形態を、添付図面も参照しながら、詳細に説明する。
まず、本発明の基となる、衝突時における衝撃吸収部材の変形挙動に関する基礎的検討結果（ｉ）〜（ｉｖ）について、簡単に説明する。
（ｉ）衝突時における衝撃吸収部材の座屈荷重は、降伏点及び降伏応力の影響を大きく受け、荷重の絶対値及び荷重変動、さらには変形モードの不安定性は、降伏点及び降伏応力の増大とともに、大きくなる。
（ｉｉ）単に座屈荷重の上昇を図った高張力鋼板を衝撃吸収部材の素材として用いても、衝撃吸収部材全体での変形モードの安定化を図ることはできず、効率的なエネルギー吸収は図れない。変形モードの安定化ならびに荷重変動は、降伏応力から引張応力までの塑性曲線の傾き（塑性接線勾配）に支配され、変化する。
（ｉｉｉ）衝撃吸収部材の素材である鋼板の、塑性接線勾配を示す０．２％耐力ＹＳと引張強度ＴＳとの比（ＹＳ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ、又は、下降伏点ＬＹＰと引張強度ＴＳとの比（ＬＹＰ／ＴＳ）である降伏比ＹＲを最適化することにより、この衝撃吸収部材の変形モードの安定化と、荷重変動幅の抑制とをともに実現できる。
（ｉｖ）実際に衝撃吸収部材を製作する際に一般的に施工されるものの、小さい座屈しわを形成する際の阻害要因となり得る溶接部は、溶接部（溶金部）の硬さを低下させる炭素当量とすることにより、この溶接部も座屈しわを形成しながら変形するようになる。

これらの基礎的検討結果（ｉ）〜（ｉｖ）に基づいて、動的陽解法による有限要素法（ＦＥＭ）解析と、落錘型試験設備を用いた軸圧壊試験とを行って、鋭意検討を重ねた。具体的には、はじめに、図１に示す形状及び寸法を有するハット部材１を対象として、軸圧壊変形時の変形状態と座屈荷重とについて解析を行ない、ハット部材１に生じる荷重の山及び谷についての挙動を詳細に解析した。この際の変形挙動の代表例を図２に模式的に示すとともに、変形荷重の代表例を図３にグラフで示す。

図１に示すハット部材１の矩形の横断面を形成する稜線部（Ｒ部）２と、稜線間一般平面部３とは、衝突後〜座屈開始までの間において、下記のような変形挙動を示す。
すなわち、衝突した瞬間（図３のグラフにおける原点Ｏ）、稜線部２よりも稜線間一般平面部３の方が剛性が低いため、稜線間一般平面部３が優先して断面外側へ向けて広がるような弾性変形を発生する。この後、軸方向にさらに変形すると、稜線部２に蓄積する圧縮の塑性ひずみ量が増大していき、圧縮限界に至る（図３のグラフにおけるＯ→Ａ、図２左図参照）。

これにより、１回目の塑性座屈を発生して稜線部２が折れて、座屈しわを発生する（図３のグラフにおけるＡ→Ｂ、図２中図参照）。
その後、稜線部２において発生した座屈しわは、稜線間一般平面部３へ向けて成長していき、これら座屈しわが重なる。そして、２回目の塑性座屈を発生する（図３のグラフにおけるＢ→Ｃ、図２右図参照）。

このように、ハット部材１の座屈変形時の荷重は、稜線部２に圧縮ひずみが蓄積（軸方向の圧縮変形）している状態（図３のグラフにおけるＯ→Ａ）では荷重が上昇して荷重のピーク（図３のグラフにおけるＡ）を呈し、稜線部２が座屈（折れる）し始めると荷重が低下し始める（図３のグラフにおけるＡ→Ｄ）。そして、稜線部２から稜線間一般平面部３にかけて座屈しわが成長していくときの曲げ変形の進行によって、変形による抵抗分を加算しながら低下していき（図３のグラフにおけるＤ→Ｂ）、荷重の谷（図３のグラフにおけるＢ）を迎える。その後しわが重なり、また荷重が上昇していく（図３のグラフにおけるＢ→Ｃ）。ハット部材１は、このような荷重履歴を部材全体で発生する座屈変形回数分だけ呈する。

したがって、ハット部材１の座屈変形時の荷重のピークを高めるためには、稜線部２が高い変形抵抗力を有することが有効である。換言すれば、稜線部２に蓄積する圧縮ひずみを増大させる（塑性変形を進行させる）か、または稜線部２自身の変形抵抗力を高めればよい。

また、ハット部材１の座屈変形時の荷重の上昇後における荷重低下を抑制するためには、稜線部２以外の稜線間一般平面部３の変形抵抗が高いことが有効である。換言すれば、曲げ変形時の変形応力を高めることが有効である。

さらに、次の座屈への移行を早めることも有効となる。次の座屈への移行を早めるためには、形成する座屈しわのサイズを小さくすることが有効であり、稜線部２及び稜線間一般平面部３においてしわ成長（曲げ変形）を図る領域を局所化することが有効である。

そこで、各種材料特性での解析結果より得られた、高性能を実現させるための材料特性の条件を説明する。
図４は、図１に示す衝撃吸収部材であるハット部材１の素材である鋼板の降伏応力ＹＳ（ＭＰａ）と、衝撃吸収エネルギーＥＡ_{２００ｍｍ}（ＫＪ）との関係を示すグラフである。衝撃吸収エネルギーＥＡ_{２００ｍｍ}は、変形変位２００ｍｍまでに吸収したエネルギー（荷重−変位曲線において変位０ｍｍから２００ｍｍまでの荷重−変位曲線の積分値）である。また、図５は、降伏応力ＹＳが４３５ＭＰａ以上で、降伏比（ＹＳ／ＴＳ又はＬＹＰ／ＴＳ）が異なる６種の素材について解析した結果（変形図）を示す説明図である。

図４にグラフで示すように、降伏応力（降伏点）の上昇とともに衝撃吸収エネルギーＥＡ_{２００ｍｍ}は増大する傾向にあるが、降伏応力が４３５ＭＰａ以上の領域では、同一降伏応力においても、衝撃吸収エネルギーＥＡ_{２００ｍｍ}のバラツキが大きくなっている。

そして、降伏応力ＹＳが４３５ＭＰａ以上の材料において、変形挙動に及ぼす降伏比の影響を示す図５を参照すると、降伏比が０．８５以上の鋼板からなる衝撃吸収部材は、圧壊軸方向に真っ直ぐに変形するのに対し、降伏比が０．８５未満の鋼板からなる衝撃吸収部材は、圧壊軸方向に対して全体の曲がりが発生する。

降伏比が小さい場合は、ひずみ−応力線図から考えると加工硬化係数が高い場合に相当し、衝突初期での衝撃波により長手方向の各部位の稜線にひずみが一様に分布する。一方、降伏比が高い場合には、ひずみ−応力線図から考えると加工硬化係数が小さい場合に相当し、衝突端側に局所的にひずみが分布する。

ここで、これら両者の鋼板について圧壊（稜線座屈）への影響を考えると、降伏比が低い場合には長手方向にひずみが一様に分布する傾向があるため、稜線座屈を開始する座屈臨界条件までにさらに多くのひずみを蓄積する必要があるばかりか、座屈臨界条件に最も近い蓄積ひずみを示す部位が、長手方向の部位にて特定化され難いと考えられる。これに対し、降伏比が高い場合は衝突端側の特定部位に大きい圧縮ひずみが蓄積するような傾向を示し、この部位において容易に稜線座屈が発生するようになる。

このようなことから、降伏比が低い材料は、稜線座屈のポイントが特定化されず、部材全体において曲がりを発生するのに対し、降伏比が高い材料は、稜線座屈ポイントが特定化され、順次座屈を発生し部材全体にて大きな曲がりを発生せず、効率的なエネルギー吸収を示す変形モードを発生する。

このように、高性能化のためには稜線の変形抵抗を高め、稜線座屈を容易に発生させ、部材全体において曲がりを発生させることなく、安定した圧壊形態を発生させる必要があり、材料としては降伏応力が４３５ＭＰａ以上であるだけでは足りず、降伏比が０．８５以上の特性を有することも重要である。

また、安定した座屈を発生させる際、座屈臨界条件を決定する形状、材料特性以外に部材内で不均一条件を示す部位は、溶接部である。座屈しわを重ねていく際には、溶接部の特性もできる限り母材の特性に近い特性を有することが理想である。このようなことから、溶接部の特性に影響を与える鋼板の化学組成についても適正化することにより、さらに圧壊挙動は安定する。

そこで、各種化学組成の素材に対して、落錘型の衝撃試験機（錐体重量２５０ｋｇ）を用いて衝突速度５５ｋｍ／ｈで行った圧壊試験による圧壊後の試験体における座屈しわが形成されている側面部の変形挙動と、座屈しわの形成に対して溶接部が悪影響を及ぼす化学組成とについて説明する。

溶接部の特性は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ添加量（％）により規定される炭素当量Ｃｅｑ．（Ｃ＋（Ｓｉ／２４）＋（Ｍｎ／6））により整理すると、炭素当量Ｃｅｑ．が０．４０以下であれば変形の阻害が小さく、安定した座屈しわの形成が見られる。

このため、上述した材料特性の他に炭素当量Ｃｅｑ．をも的確に制御することにより、さらに圧壊の安定度は向上する。
そこで、本実施の形態に係る衝撃吸収用部材において、
（ａ）０．２％耐力ＹＳ又は下降伏点ＬＹＰ：４３５ＭＰａ以上、０．２％耐力ＹＳと引張強度ＴＳとの比（ＹＳ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ、又は、下降伏点ＬＹＰと引張強度ＴＳとの比（ＬＹＰ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ：０．８５以上
（ｂ）炭素当量Ｃｅｑ．＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／２４＋Ｍｎ（％）／６として規定される炭素当量Ｃｅｑ．：０．４０％以下，
（ｃ）組成：Ｃ：０．０００５〜０．１５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：２．０％以下、Ｎ：０．０２％以下、必要に応じて、Ｔｉ：０．００２〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．３％、および、Ｖ：０．００２〜０．３％のうちの１種又は２種以上、又は、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、および、Ｍｏ：０．０１〜３．０％のうちの１種又は２種以上、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成
と、限定する理由を説明する。

（ａ）０．２％耐力ＹＳ又は下降伏点ＬＹＰ：４３５ＭＰａ以上、０．２％耐力ＹＳと引張強度ＴＳとの比（ＹＳ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ、又は、下降伏点ＬＹＰと引張強度ＴＳとの比（ＬＹＰ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ：０．８５以上
衝突時の荷重は、稜線座屈時の変形抵抗によって支配されており、降伏応力の上昇に伴い増大する。ＹＳが４３５ＭＰａ未満の場合は、荷重レベルが低くエネルギー吸収能が十分ではない。したがって、ＹＳ（またはＬＹＰ）は４３５ＭＰａ以上を満足する必要がある。さらに、ＹＳが４３５ＭＰａ以上では、変形モードの安定性についても十分に留意する必要があり、降伏比が０．８５未満に低下すると、部材全体に曲がりが発生し、効果的に衝突エネルギーを吸収することができない。

したがって、安定かつ高性能を得るためにはＹＳが４３５ＭＰａ以上の条件を満足するとともに、降伏比が０．８５以上を満足することが有効である。同様の観点から、０．２％耐力ＹＳ又は下降伏点ＬＹＰは４６０ＭＰａ以上であることが望ましく、０．２％耐力ＹＳと引張強度ＴＳとの比（ＹＳ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ、又は、下降伏点ＬＹＰと引張強度ＴＳとの比（ＬＹＰ／ＴＳ）である降伏比ＹＲは、０．８７以上であることが望ましい。

（ｂ）炭素当量Ｃｅｑ．＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／２４＋Ｍｎ（％）／６として規定される炭素当量Ｃｅｑ．：０．４０％以下
引張特性上、安定かつ高性能な衝突性能を得る条件を満足しても、部材製作にて用いられる接合部は、座屈しわの形成に悪影響を及ぼす可能性がある。溶金部が硬いと、母材部の変形に追従できず、座屈しわの形成を阻害する。溶金部は、できる限り軟質なほうが良好であるため、炭素当量Ｃｅｑ．は０．４０％以下であることが有効である。同様の観点から、炭素当量Ｃｅｑ．は０．３６％以下であることが望ましい。

（ｃ）組成
Ｃ：０．０００５〜０．１５％
Ｃは、安価に鋼板の強度を高める元素であるが、Ｃ量の増大とともに、溶接部の靭性の低下をもたらすので、Ｃ含有量の上限を０．１５％とする。一方、Ｃ含有量が０．０００５％を下回ると、鋼板の純度が高まり、軟質化して衝突変形時の変形抵抗を低下させるばかりか、溶接時の熱影響部における異常粒成長を発生させるため、Ｃ含有量の下限は０．０００５％とする。同様の観点から、Ｃ含有量は、０．００２０％以上０．１３％以下であることが望ましい。

Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは，固溶強化によってフェライト相を強化し、かつポリゴナルフェライトの生成を促進させ、延性を向上させる。しかしながら、Ｓｉ含有量が２．０％を超えると、スラブ加熱の際に生成するファイアライトＦｅ_２ＳｉＯ_４によってデスケーリング性が極端に悪化する。そこで、Ｓｉ量の上限は２．０％とする。同様の観点からＳｉ量の上限は１．８％であることが望ましい。

Ｍｎ：２．５％以下
Ｍｎは、固溶強化と変態強化とによって鋼板の強度を高めるのに有効な元素である。しかしながら、Ｍｎ含有量が２．５％を超えると、延性を支配するフェライトの生成を遅らせるため、Ｍｎ量の上限は２．５％とする。同様の観点から、上限は２．０％とすることが望ましい。

Ｐ：０．１％以下
Ｐは、固溶強化によって鋼板の強度を高めるが、他の元素よりも深絞り成形性の指標であるｒ値の低下が少なく，高強度と成形性とを高次元でバランスさせるために非常に有効な元素である。

しかしながら、０．１％超添加すると、粒界への偏析を招き組織靭性が低下し、例えば成形後の脆性割れに対する性能である耐２次加工脆性を劣化させる。そこで、Ｐ含有量の上限は０．１％とする。同様の観点から、上限を０．０６％とすることが望ましい。

Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、Ｍｎ、Ｔｉ等と結合して析出し、いわゆる性能を劣化させる介在物として存在する。したがって、少ない方が好ましいが、極端な低減には相応の脱硫コストを要するため、Ｓ含有量の上限は０．０３％とする。同様の観点から、上限は０．０１％とすることが望ましい。

ｓｏｌ．Ａｌ：２．０％以下
ｓｏｌ．Ａｌは、溶鋼脱酸の結果として含有されるとともに、γ域を拡大し、またＳｉと同様に、冷却時の炭化物生成を抑制させる元素である。しかしながら、２．０％超含有すると、コスト高になるとともに、コイル製造時の連続ラインにおけるフラッシュバット溶接部の強度特性の確保が難しくなるため、２．０％以下とする。同様の観点から、１．５％以下であることが望ましい。

Ｎ：０．０２％以下
Ｎは、Ａｌ，Ｔｉと結合して析出物を形成し、オーステナイト粒の成長を抑制する。しかしながら、過度の添加は、延性の低下を招くためその上限を０．０２％とする。同様の観点から０．０１％以下であることが望ましい。

さらに必要に応じて、任意添加元素として、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ又はＭｏを含有してもよいため、これらの任意添加元素についても説明する。
Ｔｉ：０．００２〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．３％、及び、Ｖ：０．００２〜０．３％のうちの１種又は２種以上
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは、Ｃと結合して炭化物を生成させ、その析出強化によって鋼板の強度を上昇させるのに有効な元素である。特に、本発明が狙いとする高降伏比の特性は、これらの元素を０．００２％以上添加し、冷間圧延後の焼鈍においてその化学組成においてγ域となる温度の高温で加熱することにより、その後の冷却過程時のフェライト変態の際に微細な炭化物が多量に生成し、フェライト粒が細粒になるとともに、得られる引張特性は非常に高い降伏比を示す。したがって、組織制御によって高い降伏比を得るためには非常に有効な元素である。しかしながら、０．３％以上添加してもこのような効果は飽和し、コストが嵩むだけとなる。そこで、Ｔｉ、Ｎｂ又はＶを添加する場合には、それらの元素の上限は０．３％とすることが望ましい。

Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、及び、Ｍｏ：０．０１〜３．０％のうちの１種又は２種以上
Ｃｕは、固溶状態にしておき、部品製作後の熱処理によってε−Ｃｕを析出することにより鋼板の強度を大きく上昇させる元素である。また、Ｎｉはオーステナイト安定化元素であり、鋼板の基本組織を室温でオーステナイトが残留するいわゆる残留オーステナイト鋼とする場合に、容易に得られやすくする元素である。

Ｃｒ、Ｍｏは、Ｍｎと同様にマルテンサイト等の低温変態相を容易に生成させ易くし、鋼板の強度を高める元素である。
これらの元素は、狙い特性を得るために、強化機構制御にあわせ選択し、適宜添加元素の量を制御すればよい。しかしながら、いずれの元素とも０．０１％未満ではこのような効果が認められず、一方３．０％超ではこのような効果が飽和する。そこで、これらの元素を添加する場合には、それぞれの含有量は０．０１％以上３．０％未満とすることが望ましい。

これら以外の元素は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
本実施の形態の衝撃吸収部材用鋼板は、略述すれば、衝突時のエネルギーを吸収する部材に適用される鋼板に関するものであり、衝突変形を制御するための素材特性の要件に関するものである。したがって、所望の引張特性及び溶金硬さを提供する化学組成を満足することが、本発明の骨子である。

したがって、このような所望の特性を得るためには、熱延鋼板、冷延鋼板さらには各種表面処理鋼板を用いて冷間圧延等により塑性変形を付与し、狙い特性を得た素材、又は、析出物によるピンニング効果ならびに動的再結晶を利用した細粒化によって狙い特性を得た素材のいずれであっても、同様に適用できる。つまり、本実施の形態の衝撃吸収部材用鋼板の製造方法については、何等限定を要さない。

また、プレス加工後に溶接、薄板、パイプを用いたハイドロフォーム成形、テーラードブランク等といった、衝撃吸収部材の製作方法も、何等限定を要さない。
さらに、本実施の形態の衝撃吸収部材にさらに荷重を高めるために、高周波焼入れ、レーザー焼入れ、浸炭さらには窒化等の後処理や、最大荷重を下げるためのつぶれビードの形成、先頭断面積の縮小化、先頭部へピアス穴等の切欠き導入、さらには剛性向上のために基本断面の間への中板の導入等を施される衝撃吸収部材であっても、同様に適用可能である。

本実施の形態により、全体において安定した変形（座屈形態）の実現を図り、全体を有効に活用して衝突時のエネルギーを安定かつ効率的に吸収することができる特性を有する衝撃吸収部材の素材である鋼板、具体的には、全体で安定して軸圧壊を発生し、その際の荷重が高荷重を維持しつつ荷重変動が小さく、小さい座屈しわを生成し、長さ当たりの座屈回数を増大させる特性を有する衝撃吸収部材の素材である鋼板を提供することができる。

つまり、この衝撃吸収部材用鋼板は、対象となる衝撃吸収部材の形状に対して素材特性を最大限に発揮して衝突時のエネルギーを吸収することにより、さらなる高性能化と薄肉化による軽量化とを図ることができる。

このように、本実施の形態の衝撃吸収部材用鋼板によれば、高性能かつ高効率な衝撃吸収部材を製作するための素材となる鋼板を提供することができ、自動車車体の衝突安全性の向上に大きく寄与することができる。

さらに、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する。
本発明の効果を確認するために、以下に説明する調査及び実験を行なった。
表１に示す組成を有する鋼を転炉により溶製し、連続鋳造により連鋳スラブとした。この連鋳スラブに熱間圧延及び酸洗を行って、その後供試材Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｇ、Ｊは、それぞれ、冷間圧延率６５％、５５％、７５％、７０％、４５％で冷間圧延を行い、加工により生じた転位を多数含む冷延鋼板とした。

また、その他の供試材Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎは、冷間圧延率６５%で冷間圧延を行った後、連続焼鈍ラインにおいて均熱温度８００〜８８５℃、冷却速度４０℃／ｓｅｃ〜１００℃／ｓｅｃで３２０〜４８０℃の温度範囲まで冷却し、その後その温度域で１３０〜２３０ｓｅｃの過時効処理を行った後に室温まで冷却し、フェライト粒径、硬質な低温変態相の体積率、析出物分布を制御した組織を有する冷延鋼板とした。なお、これらの供試材Ａ〜Ｎの板厚は、いずれも１．４０ｍｍとした。

また、表１には、各供試材の炭素当量Ｃｅｑ．（＝Ｃ（％）＋Ｓｉ（％）／２４＋Ｍｎ（％）／６）もあわせて示す。さらに、表１には、引張特性として、ＪＩＳ５号試験片により引張試験を行って求めた降伏応力（ＹＳ）、引張応力（ＴＳ）、全伸び（ＥＬ）及び降伏比（ＹＳ／ＴＳ）を併せて示す。

これらの供試材を存在として、図1に示すハット部材１と同様なハット部材をプレス成形により作成し、このハット部材と平板とを、スポット溶接により、ピッチ３５ｍｍでナゲット径が５．３ｍｍとなるようにスポット溶接条件を制御して、衝撃吸収部材を組み立てた。その後、この衝撃吸収部材に、衝突試験時の錐体接触側、ならびに反対の部材固定側に板厚が１０ｍｍの端板を接合し、試験用のサンプルとして組み立てた。

このサンプルの衝撃吸収性能の比較を、錐体重量が２５０ｋｇである落錘型の衝撃試験機を用いて５５ｋｍ／ｈの衝突速度での圧壊試験を行うことにより、評価した。この評価では、２００ｍｍ変位までに吸収した吸収エネルギーと、変形モードを試験後サンプルの外観観察により評価した結果を表１に示す。なお、表１の変形モードの欄における「良好」とは、軸方向に対して蛇腹状にきれいに（細かい座屈しわ生成）塑性座屈が発生したことを示し、「不良」とは、部材内において曲がりが発生して蛇腹状にきれいな（細かい座屈しわ生成）塑性したものの座屈が部材長手方向の全面に発生しないことを示し、さらに、「ほぼ良好」とは、蛇腹状の塑性座屈が発生しつつも部材全体で軽度な曲がりが発生したことを示す。

表１に示すように、試験Ｎｏ．Ａ〜Ｈは、いずれも良好な変形モードを示し、また、同一強度の比較例と比べても優れた吸収エネルギー特性を示す。

また、炭素当量Ｃ_ｅｑが本発明で規定する範囲を外れている試験Ｎｏ．Ｉ、Ｊは、良好な吸収エネルギ特性を示すものの、溶接部の変形特性に起因して、部材全体に若干の曲がりを生じるが、略良好な変形モードを示すことがわかる。

表１に示す試験Ｎｏ．Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎは、いずれも、変形モードが不良であり、エネルギー吸収能も同一強度の本発明例に比較すると劣るものであった。
このように、まず引張特性条件が本発明が規定する条件を満足する鋼は、優れたエネルギー吸収能を示し、さらに、化学組成条件が本発明が規定する範囲を満足する鋼は、良好な変形モードも示すことがわかる。

本発明が規定する条件を満足する鋼は、安定した変形モードを示し、今後の衝突性向上の要求、例えばさらなる高速条件下での衝突性能等の厳しい衝突条件下においても、安定した変形モードを示し、良好な衝突性能を示すものである。

実施の形態で用いたハット部材の形状及び寸法を示す説明図である。図１に示す形状及び寸法を有するハット部材の変形挙動の代表例を模式的に示す説明図である。図１に示す形状及び寸法を有するハット部材の変形荷重の代表例を示すグラフである。衝撃吸収部材の素材である鋼板の降伏応力ＹＳ（ＭＰａ）と、衝撃吸収エネルギーＥＡ_{２００ｍｍ}（ＫＪ）との関係を示すグラフである。降伏応力ＹＳが４３５ＭＰａ以上で、降伏比（ＹＳ／ＴＳ又はＬＹＰ／ＴＳ）が異なる６種の素材について解析した結果（変形図）を示す説明図である。

符号の説明

１ハット部材
２稜線部（Ｒ部）
３稜線間一般平面部

Claims

０．２％耐力（ＹＳ）又は下降伏点（ＬＹＰ）が４３５ＭＰａ以上で、かつ０．２％耐力（ＹＳ）と引張強度（ＴＳ）との比（ＹＳ／ＴＳ）である降伏比ＹＲ、又は、下降伏点（ＬＹＰ）と引張強度（ＴＳ）との比（ＬＹＰ／ＴＳ）である降伏比ＹＲが０．８５以上であることを特徴とする衝撃吸収部材用鋼板。
下記式により規定される炭素当量Ｃｅｑ．が０．４０質量％以下である請求項１に記載された衝撃吸収部材用鋼板。
Ｃｅｑ．＝Ｃ（質量％）＋Ｓｉ（質量％）／２４＋Ｍｎ（質量％）／６
質量％で、Ｃ：０．０００５〜０．１５％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．５％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０３％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：２．０％以下、Ｎ：０．０２％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有する請求項１又は請求項２に記載された衝撃吸収部材用鋼板。
さらに、質量％で、Ｔｉ：０．００２〜０．３％、Ｎｂ：０．００２〜０．３％、および、Ｖ：０．００２〜０．３％のうちの１種又は２種以上を含有する請求項３に記載された衝撃吸収部材用鋼板。
さらに、質量％で、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｎｉ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜３．０％、および、Ｍｏ：０．０１〜３．０％のうちの１種又は２種以上を含有する請求項３又は請求項４に記載された衝撃吸収部材用鋼板。