JPH11152541A - 耐衝撃圧壊特性に優れた高強度鋼板部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なプレス成形性を確保しつつ、少ない焼
入強化部の形成により、耐衝撃圧壊特性を効果的に向上
させる。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｍ
ｎ：０．５〜３．０％を含有する鋼板がプレス成形され
た鋼板部材１である。該鋼板部材１の横断面においてコ
ーナ部中心Ｐからコーナ部を形成する二面の内の少なく
とも一面上にコーナ部半径をＲとしたとき（Ｒ＋７）mm
の基準範囲を設定し、該基準範囲内でコーナ部に沿って
１又は複数の焼入強化部４を形成する。さらには鋼板部
材１の全コーナを構成する全ての面について、前記基準
範囲内における焼入強化部４の幅合計の基準範囲合計長
に対する占有率を２０％以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は自動車ボディ等に使
用される高強度鋼板部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用鋼板部材のうち、例えばメンバ
ー類は加工性と強度との２つの相反する特性が要求され
る。すなわち、メンバー類を自動車ボディ曲線に添わせ
るように成形するためには、素材鋼板には優れた成形加
工性が必要であり、一方走行中の衝突事故に対して優れ
た防護作用を発揮させるためには、圧壊方向に対して高
強度であることが要求される。

【０００３】一般的にプレス成形性の要求される鋼板部
材には、プレス成形性の良好な、鋼板強度が４４０Ｎ／
mm² 級の鋼板が使用されているが、メンバー類のよう
に、耐衝撃圧壊特性を向上させるためには、鋼板強度を
１グレード上げて５９０Ｎ／mm² 級以上の強度の鋼板を
使用したい。しかし、鋼板の強度が５９０Ｎ／mm² 級以
上になると、プレス成形性が低下するため加工が困難に
なる。このように、メンバー類等の部材には、成形性は
鋼板強度が４４０Ｎ／mm² 級で、衝撃圧壊特性に対して
は５９０Ｎ／mm² 級以上の特性を有するものが望まれ
る。

【０００４】かかる相異なる二つの特性を満足させる技
術として、例えば特開平４一７２０１０号公報や特開平
７−２６３１９号公報には、鋼板をプレス成形した鋼板
部材にレーザ照射を行って焼入強化部（焼入硬化部）を
形成し、鋼板強度を部分的に向上させ、引いては鋼板部
材の圧壊強度を上昇させる技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の技術では、レーザ照射による焼入強化部の本数を増加
することにより静的な圧壊強度が上昇することが示され
ているものの、レーザ照射本数を増加すると、生産性を
大きく低下させ、また耐食性も低下するという問題があ
る。また、鋼板組成に関して、前者の技術ではＣ含有量
以外には言及されておらず、加工性を確保しつつ所期の
強度向上効果を得るには、いかなる成分の鋼板を用いる
べきかが不明瞭である。一方、後者の技術では鋼板組成
が明らかにされているものの、極低Ｃ鋼板に限定されて
いるため、部分焼入強化による強化能が不十分である。

【０００６】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、良好なプレス成形性を確保しつつ、少ない焼入強化
部の形成により、耐衝撃圧壊特性を効果的に向上させる
ことができる耐衝撃圧壊特性に優れた高強度鋼板部材を
提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼板の良好な
加工性を確保しつつ、部分焼入強化によりプレス成形部
材の耐衝撃圧壊特性を向上させる手段を鋭意研究した結
果、プレス成形された鋼板部材の特定の部位に焼入強化
部を形成することにより、衝撃圧壊時の吸収エネルギー
を効果的に向上させることに成功したものであり、引い
ては焼入強化部の形成を可及的に減少させることができ
るものである。

【０００８】すなわち、本発明の高強度鋼板部材は、重
量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｍｎ：０．５〜３．
０％を含有する鋼板がプレス成形された鋼板部材であっ
て、該鋼板部材の横断面において折り曲げコーナ部外周
面上の中心（コーナ部中心）からコーナ部を形成する二
面の内の少なくとも一面上にコーナ部外周面の半径（コ
ーナ部半径）をＲとしたとき（Ｒ＋７）mmの基準範囲を
設定し、該基準範囲内でコーナ部に沿って１又は複数の
焼入強化部（焼入硬化部）を形成するものであり、さら
には鋼板部材の全コーナを構成する全ての面について、
前記基準範囲内における焼入強化部の幅合計の基準範囲
合計長に対する占有率を２０％以上とするものである。

【０００９】ここで、まず、鋼板組成の限定理由につい
て述べる。単位は重量％（mass％）である。

【００１０】Ｃ：０．０５〜０．３％ Ｃは添加量が少ないほどプレス成形等の冷間加工性が向
上するが、焼入強化部における十分な硬化量を得るため
には、０．０５％以上の添加が必要である。一方、０．
３％を超えて多量に添加すると冷間加工性、溶接性およ
び靱性が著しく劣化するようになる。従って、Ｃ添加量
の下限を０．０５％、上限を０．３％とする。

【００１１】Ｍｎ：０．５〜３．０％ Ｍｎも鋼板に要求される強度に応じて添加される他、部
分焼入強化に必須の元素である。その添加量に応じて強
度は上昇するが、焼入強化でのＭｎ添加の効果を有効に
発揮させるためには０．５％以上の添加が必要である。
一方、あまり多量に添加すると鋼板の冷間加工性を劣化
させるので、その上限を３．０％とする。

【００１２】他の成分については、その成分の特性に応
じて、冷間加工性、焼入硬化性を損なわない範囲で適宜
添加することができるが、Ｓｉ、Ｐ、Ａｌは下記の範囲
に止めるのがよい。

【００１３】Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉは鋼材に要求される強度に応じて、さらには部分焼
入強化の一手段であるレーザ照射の際の処理性改善のた
めに添加されるが、２．０％を超えて添加すると表面肌
荒れを起こすようになるので、その上限を２．０％とす
る。

【００１４】Ｐ：０．２％以下 Ｐはその添加量を少なくすることによって冷間加工性を
向上させることができるが、強度向上作用を有するた
め、鋼板の要求強度に応じて添加される。しかし、多量
に添加すると結晶粒界強度が低下して２次加工脆化が著
しくなるので、その上限を０．２％とする。

【００１５】Ａｌ：０．１％以下 Ａｌは脱酸元素として添加されるが、０．１％を超えて
多量に添加すると、経済的に不利であるばかりか、Ｃ系
介在物が多量に生成して表面庇の原因となるので、その
上限を０．１％とする。

【００１６】さらに、鋼板の特性を改善するため、上記
Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ａｌからなる基本成分のほか、さ
らに下記Ｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃａの内から１種以上を必要に応じて含有
することができる。すなわち、下記(1) 〜(1) の鋼組成
とすることができる。

【００１７】(1) 基本成分のほか、さらにＢ：０．００
０２〜０．００３％、Ｃｒ：２．５％以下、Ｍｏ：１．
０％以下の内から１種以上 (2) 基本成分又は前記(1) の成分のほか、さらにＴｉ、
Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ：各０．１％以下の内から１種以上 (3) 基本成分、前記(1) 又は(2) の成分のほか、さらに
Ｃｕ：２．５％以下、Ｎｉ：１．５％以下の内から１種
以上 (4) 基本成分、前記(1) 、(2) 又は(3) の成分のほか、
さらにＣａ：０．０２％以下

【００１８】Ｂ：０．０００２〜０．００３％ Ｂは０．０００２％以上添加することにより鋼材の焼入
性を増大させ、焼入強化に非常に有効な元素であるが、
０．００３％を超えると効果が飽和するとともに鋼材の
延性を著しく劣化させるので、その上限を０．００３％
とする。

【００１９】Ｃｒ：２．５％以下 Ｃｒも焼入性向上に有効であり、鋼板の強化にも有効な
元素であるが、多量に添加しても効果が飽和するととも
に冷間加工性を劣化させるので、その上限を２．５％と
する。

【００２０】Ｍｏ：１．０％以下 Ｍｏも焼入れ強化に有効な元素であるが、多量に添加し
ても、その効果は飽和するので、その上限を１．０％と
する。

【００２１】Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ：各０．１％以
下 Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗは鋼板の強度向上に有効であ
るが、多量に添加しても効果が飽和するので、経済的観
点から、その上限を０．１％とする。

【００２２】Ｃｕ：２．５％以下 Ｃｕは耐食性を向上させ、また時効析出によって鋼板強
度の増大にも有効である。しかし、多量に添加すると鋼
板に表面疵を生じさせるので、２．５％以下に止める。
なお、Ｎｉとの複合添加によって、表面性状の改善を図
ることが推奨される。

【００２３】Ｎｉ：１．５％以下 ＮｉはＣｕと同様、耐食性の向上に有効であるが、Ｃｕ
とＮｉを複合添加する場合でも、経済的観点から、１．
５％以下とする。

【００２４】Ｃａ：０．０２％以下 Ｃａを添加することにより鋼の介在物形態を制御するこ
とができ、鋼板の加工性や靱性の向上に有効であるが、
多量に添加すると介在物量が増加して鋼板の冷間加工性
や靱性を劣化させるので、その上限を０．０２％とす
る。

【００２５】鋼板の種類としては、熱延鋼板、冷延鋼
板、めっき鋼板のいずれであってもよい。めっき鋼板と
しては、例えば、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき
鋼板などの各種表面処理を施した鋼板を使用することが
できる。

【００２６】次に、本発明の焼入強化部の形成部位、焼
入強化部占有率の限定理由を下記の調査結果に基づいて
説明する。

【００２７】まず、衝撃圧壊特性に及ぼす鋼板強度の影
響について説明する。下記のハット型圧壊試験材の一端
面を固定し、他端面に約５０ｋｍ／ｈの速度で重りを落
下衝突させる落重試験を行い、この際、試験材に吸収さ
れた衝撃圧壊吸収エネルギーを求めた。

【００２８】ハット型圧壊試験材は、図１に示すよう
に、引張強さが４４０Ｎ／mm² 級、５９０Ｎ／mm² 級、
７８０Ｎ／mm² 級の３種類の鋼板を用いてＵ字状にプレ
ス成形したハット型鋼板部材１を製作し、その開口を塞
ぐように開口縁部のフランジに平板２をスポット溶接
し、その両端に端板（２００×２００mm）３，３を固着
したものである。ハット型鋼板部材１の寸法は、板厚ｔ
＝１．６mm、高さｈ＝８０mm、上幅Ｗ１＝１２０mm、下
幅Ｗ２＝１６０mm、長さＬ＝４５０mm、コーナ部半径Ｒ
＝３mm（図３(ｂ) 参照）である。

【００２９】落重試験結果を図２に示す。同図より、鋼
板引張強さが４４０Ｎ／mm² レベルから５９０Ｎ／mm²
レベルに増加することにより、吸収エネルギーは約１０
％向上することが分かる。従って、焼入強化部の形成に
より、衝撃圧壊吸収エネルギーを１０％向上させること
が出来れば、鋼板強度を１グレード増加させるのと同様
の効果が得られる。

【００３０】次に、部分焼入強化により衝撃圧壊吸収エ
ネルギーを効果的に向上させることができる部位につい
て説明する。ハット型鋼板部材１の折り曲げコーナ部近
傍にコーナ部に沿って長さ方向に焼入強化部を形成した
ハット型圧壊試験材を用いて、前記落重試験を行い、焼
入強化部の最適部位を調べた。

【００３１】この調査で使用したハット型圧壊試験材
は、図３に示すように、成形後のハット型鋼板部材１
が、各コーナ部においてコーナ部中心Ｐから所定距離Ｄ
離れた上面および両側面上に焼入強化部４が６箇所形成
されるように、成形前の鋼板に対してレーザ照射により
焼入強化部を形成し、その後プレス成形して製作したも
のであり、寸法は鋼板板厚を１．４mmとし、コーナ部半
径Ｒ＝３，５，１０mmの３種としたほかを除き、前記寸
法と同様である。

【００３２】使用した鋼板は、組成がＣ：０．０８％、
Ｓｉ：０．０２％、Ｍｎ：１．０２％、Ｐ：０．０２
％、Ａｌ：０．０４％、残部：Ｆｅおよび不可避的不純
物からなる冷延鋼板である。また、レーザ照射条件は炭
酸ガスレーザ装置を用いて、出力＝３ｋＷ、走査速度＝
３ｍ／分で、レーザ焦点位置は板内として溶融凝固相が
板厚を貫通するようにした。

【００３３】調査結果を図４に示す。図４はコーナ部中
心Ｐからの距離Ｄと衝撃圧壊吸収エネルギーとの関係を
示すものであり、コーナ部中心Ｐから（Ｒ＋７）mmを超
えて離れると衝撃圧壊時の吸収エネルギー上昇率が小さ
くなり、Ｐから（Ｒ＋７）mm以内ではＰに接近するに従
って吸収エネルギーの上昇率が大きくなり、吸収エネル
ギーはやがて一定となる。従って、コーナ部中心Ｐから
（Ｒ＋７）mmの位置は吸収エネルギー曲線の変曲点に相
当し、Ｐから（Ｒ＋７）mm以内に焼入強化部を形成する
ことが効果的であることが分かる。

【００３４】次に、Ｒ＝３mmの上記試験材を用いて、該
試験材の横断面においてコーナ部中心から折り曲げコー
ナを形成する上面および両側面上に（Ｒ＋７）＝１０mm
の基準範囲（図３（ｂ）でＤ＝１０mmの範囲）を設定
し、該基準範囲に対する焼入強化部の幅が衝撃圧壊吸収
エネルギーに及ぼす影響を調べた。この場合、ハット型
鋼板部材１の４つのコーナを構成する８面（１コーナに
ついて２面）の内の６面について、高周波加熱処理によ
り焼入強化部を形成し、焼入領域を変化させることで、
焼入強化部の幅を種々変化させた。なお、焼入強化部の
幅は、板厚表面から板厚の１／４位置で測定した。

【００３５】その結果を図５に示す。図５は全てのコー
ナ構成面における前記基準範囲合計長に対して焼入強化
部の幅の合計が占める占有率％と衝撃圧壊吸収エネルギ
ー向上率との関係を示したもので、焼入強化部の占有率
の増加にともない衝撃圧壌吸収エネルギー向上率も増加
するが、１０％以上の吸収エネルギー向上率を得るため
には強化部占有率は２０％以上必要であることが分か
る。

【００３６】図５の結果より、一般的に、鋼板部材の全
コーナを構成する全ての面について、すなわちＮ個のコ
ーナを構成する２Ｎ面（１コーナについて２面と計算）
について、コーナ部中心から（Ｒ＋７）mmの基準範囲に
おける焼入強化部の幅合計Ｗmmの基準範囲合計長（Ｒ＋
７）×２Ｎmmに対する占有率（Ｗ／（Ｒ＋７）×２Ｎ）
×１００％を２０％以上とすることにより、１０％以上
の吸収エネルギーの向上率を得ることができ、１ランク
上の強度レベルの鋼板を使用したのと同様の効果を得る
ことができる。

【００３７】なお、焼入強化部の形成は、生産性を考慮
すると、成形前の鋼板に対して、成形後の部材の所定の
位置に対応する部位に部分焼入処理を行い、その後に所
定形状の鋼板部材にプレス加工を行うことが推奨される
が、鋼板を予め所定形状に成形加工した後、所定部位に
対して焼入強化を行ってもよい。

【００３８】本発明は、例えば図６に示すように、プレ
ス成形された鋼板部材１Ａの折り曲げコーナ部に沿って
長さ方向に所定の条件の下で焼入強化部４Ａを形成する
ものであるが、衝撃圧壊時に高い応力を受ける部分を強
化すればよく、折り曲げコーナ部の全長にわたって焼入
強化部を形成する必要はない。また、本発明では、折り
曲げコーナ部中心からコーナ部半径をＲとしたとき（Ｒ
＋７）mm以内の焼入強化部の幅合計の占有率を規定する
ものであり、（Ｒ＋７）mmを越えた部位の強化部の占有
率は特に規定しない。

【００３９】本発明の適用対象は、メンバー類等の自動
車部材に限らず、加工性を損なうことなく、高強度が要
求される鋼板部材に対して広く利用することができる。
なお、メンバー等は、図３のハット型鋼板部材１よう
に、箱型にプレス成形され、４つのコーナを有するのが
通例である。

【００４０】

【実施例】表１に示した鋼成分の熱延鋼板、冷延鋼板お
よび合金化溶融亜鉛めっき鋼板（各鋼板の板厚１．４m
m）を用いて、レーザ照射または高周波加熱により、プ
レス成形後にコーナ部中心からコーナ部半径をＲとした
とき（Ｒ＋７）mmの基準範囲内になるように、鋼板に対
してコーナ予定部に沿って複数本の焼入強化部を形成し
た後、ハット型鋼板部材をプレス成形し、ハット型衝撃
圧壊試験材を製作した。実施例で使用したハット型鋼板
部材の横断面形状を図７に示す。図中の数字は各コーナ
を構成する面の識別番号である。図７（Ｂ）の形状のも
のは、表２中の試料No.１５及び１８に用いたものであ
り、他の試料は図７（Ａ）のものを用いた。表２および
表３に、各試料の鋼種、鋼板の種類、強化方法、コーナ
部半径、焼入強化部の形成位置、各コーナ構成面におけ
る強化部の幅及び幅合計の占有率を示す。同表中の強化
幅欄の「１〜１２」の記号は図７に示す各コーナの構成
面に対応している。また、比較のため、部分焼入強化を
行わない鋼板を用いて、同様にして衝撃圧壊試験材を製
作した。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】各衝撃圧壊試験材を用いて、前述の落重試
験により衝撃圧壊吸収エネルギーを求め、部分焼入強化
を行っていないものに対する、部分焼入強化を行ったも
のの吸収エネルギーの向上率を求め、これにより耐衝撃
圧壊特性を評価した。表２および表３に部分強化による
吸収エネルギーの向上率を併せて示す。

【００４５】表２および表３から明らかなように、本発
明範囲の鋼成分を有し、焼入強化部を基準範囲内に形成
した試験材では１０％以上の吸収エネルギーの向上が認
められる。これに対し、Ｃ、Ｍｎが本発明範囲外の比較
例試料No. １〜３では、吸収エネルギー向上率が５％以
下であり、部分強化の効果が不足していることが分か
る。

【００４６】図７（Ａ）の鋼板部材を用い、強化部占有
率が２０〜２１％である試料No. １〜３，５，６，１
０，１４，１６，２２，２３，２６，３１，３５のＣ量
とＭｎ量による衝撃圧壊吸収エネルギーの向上率を整理
したものを図８に示す。同図から明らかなように、１０
％以上の吸収エネルギー向上率を得るためには、Ｃ量が
０．０５％以上かつＭｎ量が０．５％以上必要であるこ
とが分かる。もっとも、既述の通り、鋼板のプレス成形
性や溶接性を著しく低下させないために、本発明ではＣ
量の上限を０．３％、Ｍｎの上限を３．０％と規定して
いる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、Ｃ、Ｍｎを所定量含有
する鋼板を用いて、鋼板部材の横断面においてコーナ部
外周面上のコーナ部中心からコーナ部半径をＲとしたと
き（Ｒ＋７）mmの基準範囲内に焼入強化部を形成するの
で、素材鋼板のプレス成形性を損なうことなく、少量の
焼入強化部の形成により、コーナに沿った方向の強度を
効果的に向上させることができ、耐衝撃破壊特性に優れ
た高強度鋼板部材を容易に得ることができ、また焼入強
化部の形成を軽減することができるため、生産性も良好
であり、耐食性の劣化も防止することができる。

【００４８】また、鋼板部材の全コーナを構成する全て
の面について、前記基準範囲内における焼入強化部の幅
合計の占有率を２０％以上とすることにより、強度レベ
ルが１ランク上の高強度鋼板を使用したのと同等以上の
耐衝撃破壊特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ハット型鋼板部材を主要構造部材として有する
衝撃圧壊試験材の斜視図（ａ）及びＡ矢視断面図（ｂ）
である。

【図２】衝撃圧壊吸収エネルギーに及ぼす鋼板強度の影
響を示すグラフである。

【図３】焼入強化部が形成されたハット型鋼板部材を備
えた衝撃圧壊試験材の横断面図（ａ）およびコーナ部拡
大図（ｂ）である。

【図４】コーナ部中心からの距離と衝撃圧壊吸収エネル
ギーとの関係を示すグラフである。

【図５】基準範囲に対する焼入強化部の幅合計の占有率
（強化部占有率）と衝撃圧壊吸収エネルギー向上率との
関係を示すグラフである。

【図６】本発明を適用した箱型断面鋼板部材の具体例を
示す斜視図である。

【図７】実施例において使用した鋼板部材の横断面図で
ある。

【図８】実施例における鋼板中のＣ量とＭｎ量が衝撃圧
壊吸収エネルギーの向上率に及ぼす影響を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１ ハット型鋼板部材 １Ａ 鋼板部材 ４ 焼入強化部 ４Ａ 焼入強化部 Ｐ コーナ部中心 Ｒ コーナ部半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 憲一 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社神 戸製鋼所加古川製鉄所内 (72)発明者 佐藤 章仁 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 玉田 健二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：０．０５〜０．３％、Ｍ
   ｎ：０．５〜３．０％を含有する鋼板がプレス成形され
   た鋼板部材であって、該鋼板部材の横断面において折り
   曲げコーナ部外周面上の中心からコーナ部を形成する二
   面の内の少なくとも一面上にコーナ部外周面の半径をＲ
   としたとき（Ｒ＋７）mmの基準範囲を設定し、該基準範
   囲内でコーナ部に沿って１又は複数の焼入強化部が形成
   された耐衝撃圧壊特性に優れた高強度鋼板部材。
2. 【請求項２】 鋼板部材の全コーナを構成する全ての面
   について、前記基準範囲内における焼入強化部の幅合計
   の基準範囲合計長に対する占有率が２０％以上である請
   求項１に記載した耐衝撃圧壊特性に優れた高強度鋼板部
   材。
3. 【請求項３】 鋼組成が、重量％で、Ｃ ：０．０５〜
   ０．３％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｓｉ：２．０％以
   下、Ｐ ：０．２％以下、Ａｌ：０．１％以下を含み、
   残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる請求項１又は
   ２に記載した耐衝撃圧壊特性に優れた高強度鋼板部材。
4. 【請求項４】 鋼組成が更にＢ：０．０００２〜０．０
   ０３％、Ｃｒ：２．５％以下、Ｍｏ：１．０％以下、Ｔ
   ｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ：各０．１％以下、Ｃｕ：２．
   ５％以下、Ｎｉ：１．５％以下、Ｃａ：０．０２％以
   下、のいずれか１種以上を含む請求項３に記載した耐衝
   撃圧壊特性に優れた高強度鋼板部材。