JPH04116138A - 車体補強用鋼管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は特に高強度を必要とする鋼管、例えば、自動車
側面衝突時の運転者の安全性を確保するためのドア補強
用鋼管であるドアインパクトバーあるいはバンパー用芯
祠等の引張強さ１２０ｋｇ　ｆ　／−以上及び、曲げ変
形を受けた時高い吸収エネルギーを要求される車体補強
用鋼管に関するものである。

（従来の技術） 自動車車体補強用部材たとえば、自動車の側面衝突に対
しての車体強度向上を目的としたインパクトビームとし
ては、従来高張力鋼板のプレス成形品が用いられてきた
が、車体の重量を極力増加させず、より大きな塑性変形
領域まで高い引張応力・曲げ応力を確保できる材料・形
状へのニーズには高いものがある。

インパクトビームに鋼管を使用した場合、丸形状断面の
ものは周方向座屈を起こしにくいため、曲げ変形抵抗荷
重が、比較的大きな変形領域でも高く保たれる。しかし
、長平方向に断面形状の均一な鋼管を使用した場合、衝
突による曲げ荷重の集中した領域のみの局部変形の発生
となり、局部的にはいかに座屈しにくい鋼管形状とはい
え、座屈発生を生じ、急激な曲げ荷重の低下を生じてし
まう。また、変形か一点に集中する関係上、集中変形部
より鋼管は鋭角に折れ曲がり、車内にダメージを与えて
しまう。

ところで、高強度な鋼管の製造方法としては、特公昭５
Ｂ　−４６５３８号公報に記載された高張力電縫鋼管の
製造方法が知られているが、該方法では、延性を確保す
るために焼戻処理を施しており、般に焼戻処理は鋼管の
靭性・延性回復のために必要であった。しかし、靭性・
延性が回復するほど高温の焼戻処理を施すと強度が大幅
に低下するため、例えば１２０ｋｇ　ｆ　／−以上とい
う高強度の鋼管を得るのは困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上述の如く、インパクトビームのように、大
変形領域においても、高い曲げ強度・引張り強度特性を
確保し、車体衝突によって受ける大変形に至るまでに、
衝突エネルギーを効果的に吸収することを要求される補
強材の、吸収エネルギー特性を落とさずに軽量化を達成
し、さらに車内へのダメージを少なくした車体補強用鋼
管を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、車体補強用鋼管の長さＬに対して管端
から長さＬ／１０以外の場所に、局部的に曲げ断面係数
の低い領域を２箇所以上設けることを特徴とする車体補
強用鋼管及び引張強さ１２０ｋｇ　ｆ　／−以上、伸び
１０％以上とした車体補強用鋼管である。更に本発明は
Ｃ：　０．１５〜０．２５％（重量％、以下同じ）、Ｍ
口≦１．５％、Ｓｉ≦０．５％、Ｔｉ≦１．０４％、Ｂ
　：　０．０００３〜０．００３５％、Ｎ≦０．００８
０％、を含有し、あるいはさらにこれらに加えて、Ｎ１
≦０．５％、Ｃｒ≦０．５％、Ｍ□≦０．５％の１種ま
たは２種以上を含有し、残部Ｆｅよりなる車体補強用鋼
管である。

（作　　用） 本発明は、車体補強用鋼管の管端部Ｌ／１０以外の場所
に、局部的に曲げ断面係数の小さい領域を２箇所以上設
けることにより、局部的な座屈現象による曲げ荷重の低
下を押さえ、軽量で高吸収エネルギー特性を達成すると
同時に、さらには局部的に折れ曲がった部位が車両内部
に与えるダメージを軽減できる。

また、さらに鋼管の特性、たとえば成分を限定すること
により、焼入処理後にて良好な伸び・靭性を示す高強度
鋼管とすることができ、より軽量・高吸収エネルギー特
性を効果的に得ることができる。

以下本発明における形状・機械的性質・成分の限定理由
について述べる。

まず、形状の限定理由であるが、第１図（ａ）の如く、
長手方向均等断面形状の車体補強用鋼管１は、ビームは
北米安全規定（Ｆ　Ｍ　Ｖ　Ｓ　Ｓ　Ｎｏ、２１４）に
準拠した負荷子２荷重を受けると、３点曲げ状態となり
、負荷子直下部でモーメント最大となって、局部的変形
部位３を生じる。局部的変形部位３では、座屈現象にて
急激な強度低下を生じる。

ここで、第１図（ｂ）のように局部的に断面係数の少な
い領域５を２箇所以上設けると、この部位は木来曲げモ
ーメントが負荷子２の直下より低いが、断面係数を小さ
くした部位は局部的に若干の塑性変形を受け、負荷子直
下の一点への変形集中を回避でき、曲げ荷重が急激に低
下する座屈現象を起こりに＜＜シ、負荷子直下部が車体
内部に与えるダメージを少なくできる。

負荷子押込低位−６：ｓ重曲線の特徴を第２図に示す。

破線は長手方向均等断面の鋼管で、実線はこの鋼管に２
箇所断面係数の小さな領域を設けた場合を示す。

断面係数の小さな領域を設けることにより、変形初期荷
重６の上昇を若干遅らせる結果となるが、最大荷重７は
断面係数の小さな部位を設けていないものと同レベルで
、座屈発生域８までにより大きな変位を吸収できる。

次にこの断面係数を局部的に小さくする方法であるが、
鋼管の局部的偏平化、薄肉化、径小化などが考えられる
が、いずれの方法でも良い。ただし、極端に断面係数を
小さくしすぎると、負荷子直下部はまったく変形せず、
断面係数を小さくした箇所のみの変形となり、最大曲げ
荷重が著しく低下してしまう場合がある。

断面係数を小さくした部位のうける曲げモーメントの曲
げモーメント最大部に対する比率をＡとすると、（１−
Ａ）Ｘｌ、５以下の曲げ断面二次係数の低下式とするの
が望ましい。

また、断面係数を小さくする領域を管端部からＬ／１０
長さ以外の場所とした理由であるが、管端からＬ／１０
の領域は、車体衝突時殆ど曲げモーメントを受けない領
域であり、この範囲が塑性変形を起こし、負荷子直下部
の塑性変形を緩和するまで、断面係数を小さくすること
は、実際には困難であるため、管端Ｌ／１０の領域を除
く部位とする。

次に、鋼管の材料特性についてであるが、軽量にて効果
的に吸収エネルギーを高めるには、前記した形状のもの
を用いると同時に、鋼管の材料特性の改善も効果がある
。

材料強度を高めると、曲げ最大荷重は材料強度に比例し
て上昇し、延いては曲げ吸収エネルギーも材料強度に比
例して上昇する。そこで、工業的に安定して強度を高め
ることのできる引張り強度１２０ｋｇ　ｆ　／−以上が
軽量・高吸収エネルギー達成に効果的である。ただし、
むやみに強度を高くすると、伸びの低下が著しい。イン
パクトビームのように大塑性変形領域まで使用される鋼
管の場合、局部的な変形歪が７％程度観察される場合か
あり、材料の全伸び量としては、１０％程度以上確保す
るのが必要である。

次に成分の限定理由についてのべる。

本発明は、軽量化を達成すべく引張り強度を１２０ｋｇ
ｆ　／　＋ｕｔ以上及び、大変形を受ける部材であるた
め延性を、さらには、低温環境にても使用される場合が
あるため靭性を重要視している。

本成分は、最終商品の車体補強用鋼管の時点では焼入マ
ルテンサイト組織による強化をめざしたもので、焼入ま
まのマルテンサイト組織の強度はＣ含有量によって決定
される。変態の利用により過飽和に導入される固溶Ｃ量
が支配要因となっていると考えられる。

そこで、９０％以上のマルテンサイト組織を得る前提で
１２０ｋｇｆ／ｍｌ１１以上の強度を確保するためには
、本発明にて詳細に検討した結果、第３図に示すごと（
Ｃ０，１５以上必要である。一方、Ｃ′ｍを増やしてい
くと延性の劣化が顕著となる。１０％程度以上の伸びを
確保するには、Ｃ５０，２５が必要である。

第４図に炭素量に対する焼入材の靭性を示す。

Ｃ０，２５以下では靭性を高く保つことができる。

第４図には特開昭５６−４６５３８号公報に記載された
方法にて、炭素含有量の多い場合に強度低下が少ない範
囲で、靭性改善を目的に焼戻を実施した場合を破線及び
斜線の領域で示すが、焼戻では低Ｃ材の靭性レベルまで
は向上されていない。

特公昭５Ｇ　−４Ｇ５３８号公報にみられる如く、従来
−船釣に行なわれている焼入後焼戻処理を施こす場合の
焼戻処理は、延性を確保するため行なわれるものである
か、固溶Ｃは凝集し炭化物へ移行する。従って、焼戻処
理を実施する場合の鋼の強化機構は、固溶強化から、析
出強化に変化するものであり、本発明は析出強化とは異
なり、焼戻処理を行なわないことによる固溶強化を行な
うものであり、強化機構が大きく異なるものである。

以上のように本発明においては、炭素量の効果を詳細に
調べることにより０．１５≦Ｃ≦０，２５にて、焼入処
理後にて高強度と高靭性・高延性を達成することができ
、車体補強用鋼管として有効な特性が得られることが明
確になった。

他の成分元素の限定理由について述べる。

Ｍｎは鋼のマルテンサイト変態温度を低下させ、焼入性
を向上させるとともに、焼入処理途中にて変態後のセル
フテンパーを回避し、強度を高く保つ効果を持つことが
できる元素である。ただし、Ｍｎは、例えば電縫溶接に
て鋼管を製造する場合を想定すると溶接欠陥を生じ易く
、Ｍｎは１．５０％が上限と考えられる。

Ｍｎに比べ、Ｎｉ　、Ｃｒ　、Ｍｏは非常に高価である
が、Ｍｎの他にこれらＮｉ　、Ｃｒ、Ｍｏを添加すると
、マルテンサイト変態温度を低下させ、セルフテンパー
を回避し、高強度化により効果を有するものである。溶
接性の観点から上限はそれぞれ０．５％、０．５％、０
．５％とする。

Ｓｉについては、Ｍｌとともに電縫溶接にて鋼管を製造
する場合に、溶接部の健全性を維持するうえで非常に重
要な元素である。Ｓｌの上限は、溶接部にてベネトレー
ターと呼ばれる酸化物を形成しないため上限を０．５％
以下とするとともに、Ｍｎ１ＳＩ比のバランスを、３〜
ＩＯとするのが望ましい。

Ｂは、焼入性を飛躍的に向上させる元素で、本鋼種の場
合比較的低Ｃにてマルテンサイト分率９０％以上を得る
ため、Ｂ添加を特徴としているか、０．０００３％未満
では、焼入性向上効果が望まれず、また０、００３５％
超の場合、コスト高になるばかりでなく、表面傷や靭性
劣化の原因となり易い。従って、Ｂ含有量は０．０００
３〜０．００３５とした。

このＢの焼入性向上効果は、Ｎが０．００３％以上存在
すると失われるので、このＮの固定化の目的でＴｊの添
加を実施する。添加するＴｊの量は、０．０４％を超え
ると傷の発生、切削性等品質面でトラブルを生じ易く、
従ってＴｉＳ２，０４％に規制する。

尚、Ｎは不可避的に鋼中に存在し、ＢＮを形成し、Ｂの
効果を軽減してしまう。そこで、Ｎは極力軽減し、上限
を０．００８０％とする。

以上のような鋼管形状、あるいはさらに鋼管特性・成分
を限定して製造した鋼管は、焼入処理を実施することに
より引張強さを１２０ｋｇ　ｆ　／　ｍ＋Ｈ以上で、延
性・靭性に優れ、軽量にても良好な曲げ吸収エネルギー
特性を有し、車内にもダメージを与えにくい車体補強用
鋼管として用いられる。

（実　施　例） 第１表に長手方向に局部的に２箇所以上断面係数を小さ
くした本発明例および長手方向均等断面の比較例を示す
。

素材の成分・強度は、第２表の例Ｑと同じで、第１表で
は、形状のみ変化させている。

例Ａ、　　Ｂ、　Ｃ，Ｅ、　　Ｆ、　Ｇにｉ曲げスパン
９５０ｍｍの中央部より８０順離れた位置を中心に、幅
５０１程度の範囲の断面係数を小さくしたもので、例Ａ
。

Ｅは曲げ面内が短軸になる方向の偏平化、例Ｂ。

Ｆは外面切削により肉厚を減少させた例、例Ｃ２Ｇはプ
レスにより縮径を実施した場合である。

いずれも、比較例１．　　Ｊの板厚同じ場合に比べ、三
点曲げにて座屈を発生し、荷重が急激に低下するまでの
変位が１割程度大きくなり、結果として押し込み変位と
荷重の積分で現される吸収エネルギーを１〜２割程度高
めることができた。

これは、吸収エネルギーを同じとした場合、より軽量化
できることを意味する。また、２００ｍｍ程度押し曲げ
た場合、負荷子直下部の先端より、鋼管がさらに内部へ
突き出すが、本発明例の場合断面減少させた領域でも塑
性変形を発生し、結果として突き出し量を半分以下にす
ることかできた。

実施例は、補強用鋼管が鋭角に折れ曲がり鋭角先端部が
運転者に与えるだろうダメージを大幅に軽減できること
を示している。例Ｎ、　Ｑは断面減少部を４箇所設けた
場合で、この場合も他の倒置上の効果が確認できた。

第２表に成分系に関しての本発明例および比較例を示す
。

外径３１．８ｍ１Ｘ肉厚２．０ｍ＋＊の鋼管とした後の
熱処理方法及び熱処理後のＪＩＳＩＩ号引張り特性、シ
ャルピー吸収エネルギーを示す。ここで、シャルピー吸
収エネルギーは、靭性評価用に専用に作製したフルサイ
ズの試験片にて得たデーターを示す。

例に−Ｑ鋼管に焼入処理を実施することによりいずれの
場合も１２０）ｃｇ　ｆ　／−以上、伸びｌＯ％程度、
吸収エネルギー２）ｃｇｆ−ｍ／ｃ−以上程度が得られ
る。

比較例Ｒは炭素含有量が本発明成分範囲より低い場合で
、最終的目標の強度が得られない。

比較例ＳはＣ量が本発明成分範囲より高い場合で、強度
は充分達成できるもの、伸びが非常に低い状態である。

（発明の効果） 以上説明したように長手方向に局部的に曲げ断面係数の
小さな領域を２箇所以上設けることにより、曲げ吸収エ
ネルギーを落とさず軽量化を達成し、さらに車内へのダ
メージを少なくすることができ、車体の重量増を極力抑
えて、運転者の安全性を高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は、長手方向に２箇所曲げ断
面係数の小さい領域を設けることにより曲げ荷重を受け
たときの変形モードの違いを示す模式図、第２図（ａ）
は、本発明鋼管および長手力向均−断面鋼管の三点曲げ
試験時の負荷子変位−荷重曲線の比較を示す図表、第２
図（ｂ）は試験法の模式図、第３図は、素材の炭素含有
量が焼入処理後の最終的な鋼管の引張り特性に対する影
響を示す図表、第４図は、素材の炭素含有量が焼入処理
後の最終的な鋼管の引張り強さ、シャルピー衝撃値に対
する影響を示す図表、第５図（ａ）は実施例の先端突出
量（ｄ）の試験測定の模式図、第５図（ｂ）は試験測定
の試料の模式図、 部分拡大図である。 第５図（ｃ）は第５図（ｂ）の

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車体補強用鋼管の長さＬに対して管端から長さＬ／
   １０以外の場所に、局部的に曲げ断面係数の低い領域を
   ２箇所以上設けたことを特徴とする車体補強用鋼管。 ２、引張強さを１２０ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上、伸び１０
   ％以上としたことを特徴とする請求項１記載の車体補強
   用鋼管。 ３、Ｃ：０．１５〜０．２５％（重量％、以下同じ）Ｍ
   ｎ≦１．５％ Ｓｉ≦０．５％ Ｔｉ≦０．０４％ Ｂ：０．０００３〜０．００３５％ Ｎ≦０．００８０％ を含有し、あるいはさらにこれらに加えて、Ｎｉ≦０．
   ５％ Ｃｒ≦０．５％ Ｍｏ≦０．５％ の１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅよりなること
   を特徴とする請求項１又は２記載の車体補強用鋼管。