JP5391997B2 - 張り剛性に優れた複合パネル - Google Patents
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本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
C:0.0005%以上、0.150%以下、
Mn:0.05%以上、2.50%以下、
を含有し、
P:0.200%以下、
S:0.0200%以下、
N:0.0100%以下、
Si:2.00%以下、
Al:0.15%以下、
に制限し、更に、
Ti:0.005〜0.150%、
Nb:0.001〜0.100%、
V:0.005〜0.100%、
B:0.0001〜0.0100%
の1種又は2種以上を含有し、残部が不可避的不純物からなり、該第1の鋼板の1/2板厚部での{211}<011>方位のX線ランダム強度比が5以上であり、該第1の鋼板の幅方向のヤング率が最大で、かつ225〜290GPaであり、第2の鋼板の成分が、質量%で、
C:0.0003〜0.250%、
Mn:0.20%〜4.00%、
Al:1.50%超〜10.00%
を含有し、
Si:2.20%以下、
P:0.200%以下、
S:0.0500%以下、
N:0.0150%以下
に制限し、更に、
Bi:0.001〜0.300%、
Pb:0.001〜0.300%、
Sb:0.001〜0.300%、
Sn:0.0005〜0.300%
の1種又は2種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、該第2の鋼板の1/2板厚部における{110}<001>方位のX線ランダム強度比が6以上であり、該第2の鋼板の圧延方向に対して55°方向のヤング率が最大で、かつ225〜290GPaであり、前記第1の鋼板の圧延方向と該第2の鋼板の圧延方向とが直角であることを特徴とする張り剛性に優れた複合パネル。
Cr:3.00%以下、
Cu:0.35%以下、
Ni:1.00%以下、
Mo:1.00%以下
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする上記(1)に記載の張り剛性に優れた複合パネル。
(3) 第2の鋼板の成分が、更に質量%で、
Ti:0.150%以下、
Nb:0.150%以下、
V:0.150%以下、
Cr:3.00%以下、
Ni:3.00%以下、
Mo:3.00%以下、
Cu:3.00%以下、
B:0.0060%以下
の1種又は2種を含有することを特徴とする上記(1)又は(2)記載の張り剛性に優れた複合パネル。
(4) 貼着する第1の鋼板の板厚a[mm]と、第2の鋼板の板厚b[mm]とが、
0≦|a−b|/(a+b)≦0.6、
0.5mm≦a+b≦2.0mm
を満足することを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか1項に記載の張り剛性に優れた複合パネル。
(5) 第1の鋼板及び第2の鋼板が冷延鋼板であることを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか1項に記載の張り剛性に優れた複合パネル。
(6) 第1の鋼板及び第2の鋼板の一方又は双方が溶融亜鉛めっき冷延鋼板であることを特徴とする上記(1)〜(5)の何れか1項に記載の張り剛性に優れた複合パネル。
本発明によれば、板面内のいずれの方向においても高いヤング率が得られ、高い張り剛性を有するパネルを、より容易に得ることが可能となる。特に、同種の2枚の鋼板の弾性主軸を傾斜させて貼合した複合パネルと比較すると、2枚の鋼板の板厚の合計が同等の場合は張り剛性が向上し、張り剛性が同等の場合は板厚を減少させることができる。また、鋼板の切断方向を圧延方向に対して傾斜させる必要がないため、生産性も向上し、かつ歩留まりも向上する。
S∝E.tm ・・・(式1)
ここで、Sは張り剛性、Eはヤング率、tは板厚、mはパネル形状による定数で1〜3の値を持つ。
このとき、Eは面内及び板厚方向で均一とし、鋼の場合は、205GPa程度の値を固定値として与えるのが一般的である。しかし、実際の鋼板では、鋼板のヤング率は結晶方位によって変化するため、通常、面内に弾性異方性を有している。以下では、鋼板面内でヤング率が最大になる軸を、弾性主軸という。
したがって、鋼板Aと鋼板Bとでは、ヤング率が高い方向と、ヤング率が著しく低下する方向とが異なる。このような鋼板A、Bを、圧延方向が直角になるように貼合すると、一方の鋼板の最もヤング率の低い方向と、他方の最もヤング率の高い方向とがほぼ重なる。その結果、最も効率的にヤング率の異方性が解消され、かつ平均的に高いヤング率を得ることが出来る。
鋼板Aの圧延方向を基点とし、5°間隔で、各方向の曲げ剛性EIを下記の関係より求めた。
E1:基準となる板のヤング率(GPa)
E2:貼着する板のヤング率(GPa)
t1:基準となる板の板厚(mm)
t2:貼着する板の板厚(mm)
yn:中立軸の高さ(mm)
である。
σ1:基準となる板の最表層位置でかかる応力(N/mm2)
σ2:貼着する板の最表層位置でかかる応力(N/mm2)
である。
本発明の複合パネルを、最大曲率8000R、700mm角、成形高さ30mmのルーフパネルを模した形状にプレス成形した。成形後の複合パネルの中心部を直径が100mm、曲率半径が300mmの圧子で10mm/minの速度で押し込む試験を行い、荷重及び押し込み量(圧子の変位)を測定した。
また、比較として集合組織がほぼランダムな鋼板Z(板厚0.5mm)を2枚用意し、本発明の複合パネルと同様の方法で圧延方向が直角になるように貼着して比較の複合パネル(比較パネル)とし、本発明の複合パネルと同様にしてプレス成形して荷重及び押し込み量を測定し、評価を行った。
まず、本発明において第1の鋼板の鋼組成を限定する理由について述べる。
Cは、強度を増加させる元素であり、0.0005%以上の添加が必要である。強度を確保するためには、0.005%以上のCを添加することが好ましい。また、ヤング率の観点からは、C量の下限を0.01%以上とすることが、より好ましい。これは、C量が0.01%未満に低下するとAr3変態温度が上昇し、低温での熱延が困難となり、ヤング率が低下することがあるためである。更に、溶接部の疲労特性の劣化を抑制するためには、0.020%以上とすることが好ましい。一方、C量が0.150%を超えると成形性が劣化し、溶接性も低下することがあるため、上限を0.150%以下とする。より好ましいC量の上限は、0.10%以下である。
Alは脱酸調製剤であり、脱酸性の観点から下限を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Alは変態点を著しく高めるので、0.15%超を添加すると、低温でのγ域圧延が困難となるので、上限を0.15%以下とする。
Alは、本発明において{110}<001>方位のX線ランダム強度比を高めるために極めて重要な元素である。鋼板の圧延方向に対して35〜75°方向のヤング率を高めるためには、1.50%超のAlを添加することが必要である。Alは、鋼材の比重を低下させるためにも有効な元素であり、2.00%以上を添加することが好ましい。一方、Al量が10.00%を超えると金属間化合物の析出が顕著となり、熱間加工性及び冷間加工性が劣化するので、10.00%以下を上限とする。延性の低下を抑制するには、Al量を6.00%以下にすることが好ましい。Al添加量のさらに好ましい範囲は、2.50〜4.50%である。また、Al量が2.50%未満である場合には、{110}<001>方位のX線ランダム強度比を高めるために、(Al+Si)≧2.50%を満足するようにSiを同時に添加することが好ましい。
第1の鋼板については1/2板厚部における{211}<011>方位のX線ランダム強度比は5以上とする。{211}<011>方位は、冷延鋼板の圧延方向垂直方向のヤング率を高める結晶方位であり、X線ランダム強度比を5以上にすると、鋼板の最大ヤング率を225GPa以上にすることができる。ヤング率を更に高めるには、{211}<011>方位のX線ランダム強度比は8以上であることが好ましい。更に好ましくは10以上である。ヤング率を高めるには、{211}<011>方位の集積度が高いほど好ましい。{211}<011>方位のX線ランダム強度比の上限は設けないが、20超にするためには結晶粒径の粗大化が必要になる。したがって、強度や加工性など、機械的特性の劣化を防止するには、{211}<011>方位のX線ランダム強度比の上限は20以下が好ましい。
なお、X線ランダム強度比とは、特定の方位への集積を持たない標準試料と供試材のX線強度を同条件でX線回折法等により測定し、得られた供試材のX線強度を標準試料のX線強度で除した数値である。
横共振法では、試料を固定せずに振動を加え、発振機の振動数を徐々に変化させて一次共振振動数を測定して下記の式よりヤング率を算出する。
ED=0.946×(l/h)3 ×m/w×f2
ここで、ED:動的ヤング率(N/m2)、l:試験片の長さ(m)、h:試験片の厚さ(m)、m:質量(kg)、w:試験片の幅(m)、f:横共振法の一次共振振動数(s−1)、である。
0≦|a−b|/(a+b)≦0.6、
0.5mm≦a+b≦2.0mm
を満足することとする。
まず、鋼を常法により溶製、鋳造し、熱間圧延に供するスラブを得る。このスラブは、鋼塊を鍛造又は圧延したものでも良いが、生産性の観点から、連続鋳造によりスラブを製造することが好ましい。また、薄スラブキャスターなどで製造してもよい。また、通常、スラブは鋳造後、冷却し、熱間圧延を行うために、再度、加熱する。
更に、第1の鋼板については、焼鈍の加熱速度は、再結晶を抑制するため、1〜100℃/sが好ましい。また、焼鈍温度が700℃未満では、焼鈍後に未再結晶粒が残存し、加工性が劣化する。一方、焼鈍温度を900℃超にすると、γ粒が粗大化し、集合組織の劣化の原因となる。したがって、焼鈍の加熱温度は、700〜900℃とする。
また、第2の鋼板については、冷間圧延は圧下率20〜80%で行う。圧下率が20%未満であると歪の導入が不十分であり、焼鈍後、{110}<001>方位のX線ランダム強度比が低下する。一方、冷間圧延の圧下率が80%を超えると、歪の導入が過剰になり、再結晶が促進されて、最終焼鈍後、{110}<001>方位のX線ランダム強度比が低下する。
また、第2の鋼板については、冷間圧延の前に、最高温度を700〜1200℃以下とする冷延前焼鈍を行っても構わない。これによって冷間圧延の荷重を低下したり、冷間圧延時の割れなどのトラブルを回避したりする効果のほか、{110}<001>方位の発達を促すことができる。冷延前焼鈍の最高温度の好ましい範囲は、800〜1000℃である。中間焼鈍、冷延前焼鈍を施す場合は、最終焼鈍の直前の冷間圧延の圧下率を上述の範囲内、すなわち20〜80%、好ましくは30〜70%とする。
合金化溶融亜鉛めっきを施す場合、合金化処理は450〜600℃の範囲内で行う。450℃未満では合金化が十分に進行せず、また、600℃以上では過度に合金化が進行し、めっき層が脆化するため、プレス等の加工によってめっきが剥離するなどの問題を誘発する。合金化処理の時間は、10s以上とする。10s未満では合金化が十分に進行しない。
まず、張り剛性に及ぼす最大ヤング率の効果を示す。表1に第1の鋼板の化学成分、表2に集合組織及びヤング率を示す。同様に、表3に第2の鋼板の化学成分、表4に集合組織及びヤング率を示す。表2及び4の「めっき」の欄の「○」は、溶融亜鉛めっき鋼板を意味する。
表1に示した組成(残部はFe及び不可避的不純物)を有する鋼板は、第1の鋼板であり、表3に示した組成(残部はFe及び不可避的不純物)を有する鋼は、第2の鋼板である。第1の鋼板及び第2の鋼板は、常法で溶製し、鋳造して得られた鋼片を、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍を施して、冷延鋼板とした。一部の鋼板には、溶融亜鉛めっきを施した。
第2の鋼板は、鋼片を1200℃に再加熱し、仕上温度を880〜930℃として熱間圧延を施し、680〜700℃で巻き取った。得られた熱延板の板厚は3mmであり、一次冷延後、800℃で中間焼鈍し、二次冷延を行い、板厚が0.6mmの冷延鋼板とした。最終焼鈍の直前の冷間圧延の合計の圧下率は80%であり、冷間圧延後の最終焼鈍は、890℃で行った。
表3及び4のB1〜B7は、本発明のうち、第2の鋼板に相当するもので、いずれも{110}<001>方位が発達し、圧延方向から55°方向のヤング率が225GPaを超えている。しかし、Mn量が高すぎるC3、Bi、Pb、Sb、Snが添加されていないC4では{110}<001>方位が発達せず、高いヤング率が得られない。
実施例1と同様に、エポキシ系樹脂を用いて圧延方向同士が直角になるように貼り付け、複合パネルを製造した。成形した複合パネルは最大曲率7500R、900mm角、成形高さ40mmである。これらの複合パネルの張り剛性を、実施例1と同様にして評価した。結果を表6に示した。
これらの複合パネルを、最大曲率7800R、900mm角、成形高さ30mmに成形し、パネル中心部を直径100mm、曲率半径300mmの圧子で10mm/minの速度で押し込み、張り剛性評価した。結果を表7に示す。
Claims (6)
- 2枚の鋼板を貼着した複合パネルであって、第1の鋼板の成分が、質量%で、
C:0.0005%以上、0.150%以下、
Mn:0.05%以上、2.50%以下、
を含有し、
P:0.200%以下、
S:0.0200%以下、
N:0.0100%以下、
Si:2.00%以下、
Al:0.15%以下、
に制限し、更に、
Ti:0.005〜0.150%、
Nb:0.001〜0.100%、
V:0.005〜0.100%、
B:0.0001〜0.0100%
の1種又は2種以上を含有し、残部が不可避的不純物からなり、該第1の鋼板の1/2板厚部での{211}<011>方位のX線ランダム強度比が5以上であり、該第1の鋼板の幅方向のヤング率が最大で、かつ225〜290GPaであり、第2の鋼板の成分が、質量%で、
C:0.0003〜0.250%、
Mn:0.20%〜4.00%、
Al:1.50%超〜10.00%
を含有し、
Si:2.20%以下、
P:0.200%以下、
S:0.0500%以下、
N:0.0150%以下
に制限し、更に、
Bi:0.001〜0.300%、
Pb:0.001〜0.300%、
Sb:0.001〜0.300%、
Sn:0.0005〜0.300%
の1種又は2種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、該第2の鋼板の1/2板厚部における{110}<001>方位のX線ランダム強度比が6以上であり、該第2の鋼板の圧延方向に対して55°方向のヤング率が最大で、かつ225〜290GPaであり、前記第1の鋼板の圧延方向と該第2の鋼板の圧延方向とが直角であることを特徴とする張り剛性に優れた複合パネル。 - 第1の鋼板の成分が、更に質量%で、
Cr:3.00%以下、
Cu:0.35%以下、
Ni:1.00%以下、
Mo:1.00%以下
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の張り剛性に優れた複合パネル。 - 第2の鋼板の成分が、更に質量%で、
Ti:0.150%以下、
Nb:0.150%以下、
V:0.150%以下、
Cr:3.00%以下、
Ni:3.00%以下、
Mo:3.00%以下、
Cu:3.00%以下、
B:0.0060%以下
の1種又は2種を含有することを特徴とする請求項1又は2記載の張り剛性に優れた複合パネル。 - 貼着する第1の鋼板の板厚a[mm]と、第2の鋼板の板厚b[mm]とが、
0≦|a−b|/(a+b)≦0.6、
0.5mm≦a+b≦2.0mm
を満足することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の張り剛性に優れた複合パネル。 - 第1の鋼板及び第2の鋼板が冷延鋼板であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の張り剛性に優れた複合パネル。
- 第1の鋼板及び第2の鋼板の一方又は双方が溶融亜鉛めっき冷延鋼板であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の張り剛性に優れた複合パネル。
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