JP7211493B2 - ブランクおよび構造部材 - Google Patents
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Description
本願は、2019年4月10日に、日本に出願された特願2019-074620号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の一態様に係るブランクは、引張強度で1450MPa以上の鋼材で形成される主部と、接合部相当領域の少なくとも一部に形成された軟化部と、を有し、前記軟化部のビッカース硬度は、前記主部のビッカース硬度に対する比率で0.7以上0.95以下であり、前記軟化部は、面内方向で、前記主部とは異なる位置に配置されている。
(2)上記(1)において、前記軟化部は、前記ブランクの一方の表面から板厚の50%以上の距離に亘って形成されていてよい。
(3)上記(1)または(2)において、前記軟化部は、帯状に形成されていてよい。
(4)上記(1)~(3)のいずれかにおいて、前記主部には、めっき被膜が形成され、前記軟化部が形成されている部分における前記ブランクの表面の少なくとも一部には前記めっき被膜が形成されていなくてよい。
(5)上記(1)~(4)のいずれかにおいて、前記軟化部は、少なくとも2つ以上形成されていてよい。
(6)上記(1)~(5)のいずれかにおいて、前記軟化部は、前記ブランクの一方の表面の側に少なくとも2つ以上形成されていてよい。
(7)上記(1)~(6)のいずれかにおいて、前記軟化部は、前記面内方向における端部から100mm以内に配置されていてよい。
(8)本発明の一態様に係る構造部材は、第一の部材と、第二の部材と、前記第一の部材と前記第二の部材とを溶接する溶接部と、を含む、構造部材であって、前記第一の部材は、引張強度で1450MPa以上の鋼材から成る主部と、前記溶接部を含む部分に軟化部と、を有し、前記第一の部材は、Ra(JIS B0601:2001)で0.5μm以下の表面粗度を有し、前記軟化部のビッカース硬度は、前記主部のビッカース硬度に対する比率で0.7以上0.95以下であり、前記軟化部は、前記第一の部材の面内方向で、前記主部とは異なる位置に配置されている。
(9)上記(8)において、前記第一の部材は、Fe濃度が20%以下のめっき被膜を有してよい。
(10)上記(9)において、前記めっき被膜は、前記主部に形成されており、前記軟化部が形成されている部分における前記第一の部材の表面の少なくとも一部には形成されていなくてよい。
(11)上記(8)~(10)のいずれかにおいて、前記軟化部は、前記第一の部材における前記第二の部材と対向する表面から板厚の50%以上の距離に亘って形成されていてよい。
(12)上記(8)~(11)のいずれかにおいて、前記軟化部は、少なくとも2つ以上形成されていてよい。
(13)上記(8)~(12)のいずれかにおいて、前記軟化部は、帯状に形成されていてよい。
(14)上記(8)~(13)のいずれかにおいて、前記軟化部は、前記第一の部材における前記第二の部材と対向する表面から板厚の50%以上100%未満の距離に亘って形成されていてよい。
[ブランクの外観例]
まず、図1Aを参照して、本発明の第1の実施形態に係るブランク100の概略構成について説明する。図1Aは、本実施形態に係るブランク100の一例を示す斜視図である。ブランク100は、平板状の鋼板であり、冷間成形により、所定の形状に成形される。ここで、ブランク100には、連続したシート状の鋼板と、連続したシート状の鋼板から所定の大きさに切り出された鋼板とが含まれる。
ブランク100は、少なくとも、最も面積の大きい対面となる2つの面を有している。
ブランク100は、平面視において(最も面積の大きい対面と垂直な方向に見て、板厚方向に見て)、所定の幅寸法を有している。
ブランク100は、最も面積の大きい対面となる2つの面(平面及び底面)に対して垂直な方向に沿う板厚を有している。ブランク100の板厚は、最も面積の大きい対面の面内方向に、実質的に均一な板厚を有している。ブランク100は、例えば、1.0mmから4.0mm程度の板厚を有している。ブランク100の板厚は、幅寸法より小さい。
ブランク100は、めっき被膜の形成されていない(めっきされていない、裸の)鋼板であってよく、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板等の亜鉛めっき鋼板を含むめっき鋼板であってもよい。
なお、以下、ブランク100の最も面積の大きい対面に垂直な方向を板厚方向(Z方向)といい、ブランク100の幅方向(X方向)及び板厚方向(Z方向)と垂直な方向を長手方向(Y方向)といい、ブランク100の板厚方向(Z方向)と垂直な方向(対面に沿う方向)を面内方向(X-Y方向)という場合がある。
軟化部120は、面内方向(X-Y方向)で、主部110とは異なる位置に配置されている。これにより、ブランク100における、ブランク100がプレス等によって成形されて第一の部材(図3Aの略ハット形状部材210等参照)となった後でその第一の部材とは別の第二の部材(図3Aの板状部材220等参照)と溶接接合されることによって熱影響部となる予定の領域を、あらかじめ軟化させておくことができる。また、ブランク100における、溶接による熱影響部となる予定の領域以外の領域を、軟化させずに、高強度(高硬度)の状態にできる。よって、ブランク100に基づく成形後の部材を用いた構造部材における、軟化部120と溶接による熱影響部との硬度差を低減することで溶接の影響を抑制できるとともに、ブランク100を、高強度で耐衝撃性能の高い構造部材に好適に用いることができる。
また、軟化部120は、面内方向における端部から100mm以内に配置されている。例えば、図1Aに示すように、軟化部120は、ブランク100の幅方向(図1AのX方向)の両端部から100mm以内の接合部相当領域130に形成されている。なお、主部110は、軟化部120が配置された領域以外の範囲に配置されてよい。また、主部110は、前記面内方向における端部から100mm超の範囲に配置されてよい。軟化部120が、面内方向における端部から100mm以内に配置されていれば、仮に、ブランク100の端部が、例えば、後のプレス成形、構造部材の仕上げ加工等において、20mm程度切り取られたとしても、溶接による熱影響部が軟化部120に含まれるようにできる。
このようにして、ブランク100における、溶接による熱影響部となる予定の領域を、あらかじめ軟化させておき、その領域以外の領域を、高強度(高硬度)の状態にできる。よって、ブランク100に基づく成形後の部材を用いた構造部材における、軟化部120と溶接による熱影響部との硬度差を低減することで溶接の影響を抑制できるとともに、ブランク100を、高強度で耐衝撃性能の高い構造部材に好適に用いることができる。
ここで、従来、溶接により母材同士が溶融凝固した領域(溶接ナゲット)の周辺領域においては、溶接の際の入熱によって、母材とは特性、組織が変化することが知られている。当該周辺領域は、熱影響部(HAZ;Heat Affected Zone)と呼ばれる。溶接対象の部材がマルテンサイト組織を含む鋼材である場合には、この熱影響部での入熱に伴う温度上昇により、部分的に焼き戻し軟化が生じる。この結果、熱影響部での硬度が母材に対して低下する場合がある。このような熱影響部での硬度低下は、溶接後の部材が荷重を受けた場合の破断の起点となり、部材全体の強度に大きく影響する可能性がある。
軟化部120は、ブランク100において、接合部相当領域130の少なくとも一部に形成され、主部110よりも軟質とされた領域である。軟化部120は、ブランク100において、少なくとも2つ以上形成されている。軟化部120は、主部110のビッカース硬度に対する比率で0.7以上0.95以下となるビッカース硬度を有している。
また、軟化部120は、ブランク100の一方の表面の側に少なくとも2つ以上形成されていてもよい。
次に、図3A~図3Cを参照して、本実施形態に係るブランク100を用いた構造部材200の構成について説明する。図3Aは、本実施形態に係る構造部材200の一例を示す斜視図である。図3Bは、図3AのI-I’断面の概略図である。図3Aに示すように、本実施形態に係る構造部材200は、一例として、第一の部材としての略ハット形状部材210と、第二の部材としての板状部材220と、を備えている。ブランク100が冷間成形により断面略ハット形状に形成されることで、略ハット形状部材210が形成される。冷間成形の一例としては、プレス曲げ加工、プレス絞り加工等の公知の冷間成形技術が挙げられ、特に限定されない。
第一の部材は、めっき被膜の形成されていない、裸の鋼材であるブランク100を冷間成形した成形品であってよい。具体的には、裸の鋼材であるブランク100を冷間成形した成形品である第一の部材は、Ra(JIS B0601:2001)で0.5μm以下の表面粗度を有している。これに対して、裸の鋼材であるブランクをホットスタンプ等によって熱間成形した成形品は、7μm程度の厚みの酸化スケールが表面に生じるか、この酸化スケールをショットブラスト処理等で落とすことにより、Raで0.5μm以上の表面粗度を有している。したがって、裸の鋼材であるブランク100を冷間成形した成形品である第一の部材は、裸の鋼材であるブランクを熱間成形した成形品と区別できる。
ここで、軟化部120は、略ハット形状部材210(第一の部材)の面内方向で、主部110とは異なる位置に配置されている。このように、面内方向における溶接を施工する領域に軟化部120を配置して、面内方向における溶接施工領域215から外れた領域に、比較的高強度の主部110を配置することができる。よって、構造部材200の溶接部Wにおける溶接強度の低下を抑制できるとともに、構造部材200の耐衝撃性能(耐圧壊性能)を高められる。なお、面内方向とは、略ハット形状部材210(第一の部材)の板面に沿う方向であり、略ハット形状部材210(第一の部材)の板厚方向に垂直な方向を意味する。
軟化部120の幅は、通常、20mm以下となる溶接部Wの幅の全体を含み得るように、20mm以上であればよく、例えば、30mmから80mmまでの範囲であってよい。
溶接部Wの幅(第一の部材の幅方向の寸法)は、通常、20mm以内である。
次に、図4を参照して、本実施形態に係るブランク100および構造部材200の製造方法の一例について説明する。図4は、本実施形態に係るブランク100および構造部材200の製造方法の一例を説明する図である。図4に示すように、まず、高張力鋼板1が用意される。続いて、当該鋼板に対してレーザ加熱等の部分加熱処理が施された結果、軟化部120が、接合部相当領域130に形成され、ブランク100が形成される。その後、ブランク100に対して、冷間成形が施され、所定の形状の成形品が形成される。例えば、図4に示すように、上下一対の金型である、上側金型Aと下側金型Bにより、ブランク100がプレス成形され、断面略ハット形状を有する略ハット形状部材210とされる。略ハット形状部材210は、軟化部120を有する溶接施工領域215を介して板状部材220等の他の部材と溶接される。この結果、構造部材200が形成される。以上、本実施形態に係るブランク100および構造部材200の製造方法について説明した。
続いて、本発明の第1の実施形態に係る構造部材の変形例について、図5を参照しながら説明する。図5は、本実施形態に係る構造部材の断面構造のその他の例を示す断面の概略図である。本変形例の説明において、第1の実施形態の説明と共通する内容は、説明を省略することがある。
続いて、図6Aおよび図6Bを参照して、本発明の第2の実施形態に係るブランク100について説明する。図6Aは、本発明の第2の実施形態に係るブランク100を示す斜視図である。図6Bは、同実施形態に係るブランク100の部分断面図である。本実施形態に係るブランク100は、表面にめっき被膜140を有する点で、第1の実施形態と相違する。なお、本実施形態の説明において、第1の実施形態と共通する構成については、説明を省略する。
また、かかる成形品は、他の部材と溶接される。このとき、めっき被膜140が形成されてない表面部分を含む軟化部120において、溶接が行われて、所定の形状の成形品が他の部材と溶接される。
以上、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明した。ここから、図7を参照して本発明の実施形態に係るブランク100を用いて成形される構造部材200の適用例について説明する。図7は、本発明の実施形態に係るブランク100を用いて成形される構造部材200が適用される一例としての自動車骨格300を示す図である。ブランク100を用いて成形される構造部材は、キャビン骨格または衝撃吸収骨格として自動車骨格300を構成し得る。キャビン骨格としての適用例は、ルーフセンタリンフォース301、ルーフサイドレール303、Bピラー307、サイドシル309、トンネル311、Aピラーロア313、Aピラーアッパー315、キックリーンフォース327、フロアクロスメンバ329、アンダーリーンフォース331、フロントヘッダ333等が挙げられる。
110 主部
120 軟化部
130 接合部相当領域
140 めっき被膜
210 略ハット形状部材(第一の部材)
211,231 天板部
213,233 縦壁部
215,235 溶接施工領域
220 板状部材(第二の部材)
230 略U字形状部材(第一の部材)
240 相手部材(第二の部材)
W 溶接部
Claims (14)
- 引張強度で1450MPa以上の鋼材で形成される主部と、
接合部相当領域の少なくとも一部に形成された軟化部と、を有し、
前記軟化部のビッカース硬度は、前記主部のビッカース硬度に対する比率で0.7以上0.95以下であり、
前記軟化部は、面内方向で、前記主部とは異なる位置に配置されている、ブランク。 - 前記軟化部は、前記ブランクの一方の表面から板厚の50%以上の距離に亘って形成されている、請求項1に記載のブランク。
- 前記軟化部は、帯状に形成されている、請求項1または2に記載のブランク。
- 前記主部には、めっき被膜が形成され、
前記軟化部が形成されている部分における前記ブランクの表面の少なくとも一部には前記めっき被膜が形成されていない、請求項1~3のいずれか1項に記載のブランク。 - 前記軟化部は、少なくとも2つ以上形成されている、請求項1~4のいずれか1項に記載のブランク。
- 前記軟化部は、前記ブランクの一方の表面の側に少なくとも2つ以上形成されている、請求項1~5のいずれか1項に記載のブランク。
- 前記軟化部は、前記面内方向における端部から100mm以内に配置されている、請求項1~6のいずれか1項に記載のブランク。
- 第一の部材と、
第二の部材と、
前記第一の部材と前記第二の部材とを溶接する溶接部と、を含む、構造部材であって、
前記第一の部材は、引張強度で1450MPa以上の鋼材から成る主部と、前記溶接部を含む部分に軟化部と、を有し、
前記第一の部材は、Ra(JIS B0601:2001)で0.5μm以下の表面粗度を有し、
前記軟化部のビッカース硬度は、前記主部のビッカース硬度に対する比率で0.7以上0.95以下であり、
前記軟化部は、前記第一の部材の面内方向で、前記主部とは異なる位置に配置されている、構造部材。 - 前記第一の部材は、Fe濃度が20%以下のめっき被膜を有する、請求項8に記載の構造部材。
- 前記めっき被膜は、前記主部に形成されており、
前記軟化部が形成されている部分における前記第一の部材の表面の少なくとも一部には形成されていない、請求項9に記載の構造部材。 - 前記軟化部は、前記第一の部材における前記第二の部材と対向する表面から板厚の50%以上の距離に亘って形成されている、請求項8~10のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記軟化部は、少なくとも2つ以上形成されている、請求項8~11のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記軟化部は、帯状に形成されている、請求項8~12のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記軟化部は、前記第一の部材における前記第二の部材と対向する表面から板厚の50%以上100%未満の距離に亘って形成されている、請求項8~13のいずれか1項に記載の構造部材。
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