JP2007076410A

JP2007076410A - 捻り疲労特性に優れた自動車用閉断面部材

Info

Publication number: JP2007076410A
Application number: JP2005263803A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Nakamura; 英幸中村; Itsuro Hiroshige; 逸朗弘重
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】鋼材の強度から期待される疲労特性を発現し得る、捻り疲労特性に優れた閉断面部材を提供する。
【解決手段】部材の長手方向を鋼材の圧延方向と垂直とし、曲げ半径板厚の５倍以下の曲げ部を形成した自動車用の閉断面部材である。この閉断面部材は自動車のサスペンションのトーションビーム等として適したものである。部材の長手方向を鋼材の圧延方向と垂直とすることにより、曲げ部に疲労亀裂が発生することを防止し、捻り疲労特性を高めることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は自動車の足周りに使用される捻り疲労特性に優れた閉断面部材に関する。

非特許文献１に示されるように、トーションビーム式サスペンションはＦＦ車や４ＷＤ車の後輪のサスペンション形式として代表的なものである。左右の車輪からの横方向の荷重入力に対しては剛であり、左右の車輪が上下逆位相に動く場合は柔に捻られるような特性が求められるため、捻りの疲労耐久性は重要な特性の一つである。近年、コストダウンや乗り心地改善を目的に、特許文献１あるいは特許文献２に示すように、鋼管をプレス成形して適切な断面形状とした、閉断面のトーションビームが積極的に開発されている。
R&D Review of Toyota CRDL, Vol.37, No.1, p.25-30 特許第3604951号公報特開2005−162080号公報特開2002−35854号公報特開平10−175027号公報

しかし、曲げ半径が板厚の５倍以下の曲げ部を有する閉断面のトーションビームは、鋼材の強度から期待されるほどの捻り疲労特性が得られないことがある。この場合、板厚を上げたり断面形状を変更するなどの設計見直しが必要になるため、開発コストが増加するのみでなく、部品重量増加による燃費低下や乗り心地の悪化を招くことが問題となっている。
本発明は上記の問題点を解決し、鋼材の強度から期待される疲労特性を発現し得る、捻り疲労特性に優れた閉断面部材を提供する。

上記課題を解決するためになされた本発明は、部材の長手方向が鋼板の圧延方向と概垂直であり、曲げ半径が板厚の５倍以下の曲げ部を有する、捻り疲労特性に優れた自動車用閉断面部材である。

本発明によれば、小さな曲げを含む複雑な断面形状を有する閉断面部材の疲労特性が、鋼材の強度から期待された通りに発現できるようになり、自動車の開発コストを低減し、軽量化を押し進めることに大きく貢献でき、産業上の寄与は大きい。

本発明者らは、曲げ半径が板厚の５倍以下の曲げ部を有する閉断面部材の疲労亀裂が閉断面部材の内面から発生することに注目し、検討を重ねた結果、疲労亀裂は閉断面部材を成形する際に生じた内面の微少な亀裂を起点とすること、また、これらの微少な亀裂は、図１に示すように、曲げ半径が板厚の５倍以下の曲げ部を有する閉断面部材を成形する際の圧縮歪と伸び歪の組み合わせで生じることを見出した。図２に示すように、微少な亀裂が生じないように曲げ形状を変更することも対策の一つであるが、部材の捻り特性に影響を与えるため、曲げ形状を含む断面形状の変更は容易ではない。そこで、微少な亀裂を生じにくくする方法を様々に検討した。

トーションビームのように「板厚」／「周長」が２％程度以上になるような閉断面部材は、低コストである電縫溶接管から成形されるため、鋼板の圧延方向と部材の長手方向はほぼ平行である。しかし、本発明者らは鋼板を管状に曲げ成形し、溶接して鋼管を成形した場合に、部材の長手方向を鋼板の圧延方向と平行でなくすことで疲労特性が変化することを見出した。

従来から、鋼管の長手方向を鋼板の圧延方向と変えて溶接することで、鋼管の加工性を向上させる方法は様々に検討されている。例えば、特許文献３あるいは特許文献４には鋼板のｒ値が高い方向と鋼管の長手方向を一致させることが示されている。

しかし、鋼板のｒ値が高い方向と、閉断面部材の疲労特性が高くなる鋼板の方向は必ずしも一致しない。むしろ鋼管の長手方向を鋼板の圧延方向と垂直にすることで閉断面部材の疲労特性は向上することがわかった。ここでいう垂直とは、鋼板そのものの曲がりや、切断時のずれなども含めて、圧延方向に対して垂直から±５度の範囲を指す。これは圧延によって繊維状に伸びたミクロ組織が影響していると考えられた。「部材の長手方向の結晶粒の平均長さ」／「部材の周方向の結晶粒の平均長さ」≦０．８５とすることが望ましい。

閉断面部材は鋼板を複雑に曲げ成形した後、溶接することによっても得られるが、鋼管の長手方向が鋼板の圧延方向と垂直な方向になるように鋼板を曲げ成形した後に鋼管に溶接し、さらにプレス成形、ハイドロフォーミング、または鋼管内部に液体を封入したままプレスすることによって、所定の閉断面部材を得ることができる。

また、硬さのばらつきが大きいと、曲げ成形の際に硬質相と軟質相の境界から亀裂を生じやすいため、ミクロ硬さのばらつきが小さいことが望ましい。このため、部材のミクロ組織はフェライトとパーライトの混合組織ではなく、フェライト単相、ベイナイト単相、あるいはフェライトとベイナイトの混合組織が望ましい。
次に実施例について述べる。

質量％にてＣ：0.05％、Ｓｉ：1.0 ％、Ｍｎ：2.0 ％、Ｔｉ：0.08％を含有する鋼を熱間圧延によって板厚2.0mm の熱延鋼板とした後、幅190mm 、長さ500mの板を、一つは長手方向が圧延方向とほぼ平行になるように採取し、一つは長手方向が圧延方向とほぼ４５度の角度をなすように採取し、一つは長手方向が圧延方向とほぼ垂直になるようにそれぞれ採取した。採取した鋼板をＵＯ成形により造管し、端面を突き合わせてアーク溶接して、直径60.5mm、長さ500mm の鋼管を作製した。この鋼管の中央部を図４に示す形状にプレス成形した。図３に全体の模式図を示す。これらの試験体を捻り疲労試験に供した。捻り疲労試験は図５に示すように、一方の管端を固定し、もう一方の管端を繰り返し±10度円周方向に捻りを加えた。試験は10万回ごとに停止させ、貫通亀裂の有無を確認した。

表１に示すように、本発明例であるNo.3は試験片と鋼板の圧延方向がほぼ垂直であり、繰り返し回数が200 万回でも亀裂が発生しなかった。しかし、試験片長手方向を鋼板の圧延方向とほぼ平行に採取したNo.1や45度に採取したNo.2はいずれも100 万回未満で、板厚を貫通する亀裂が発生した。なお、試験体長手方向のｒ値も表１に示したが、疲労亀裂回数との相関はないことがわかる。

曲げ内側に生じる微少な亀裂の模式図曲げ内側に亀裂が生じない場合の模式図実施例で用いた試験体の模式図実施例で用いた試験体の長手方向の中央断面捻り試験の模式図

Claims

部材の長手方向が鋼板の圧延方向と垂直であり、曲げ半径が板厚の５倍以下の曲げ部を有する、捻り疲労特性に優れた自動車用閉断面部材。