JPS62116753A - バンパ−補強部材用の高強度高延性冷延鋼板 - 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 この発明は、自動用等のバンパー補強部材用の高強度高
延性冷延鋼板に関する。

従来の技術 最近、自動用の衝突時における乗員の安全性を確保する
ために、第１図に示されるようなチャ〉・ネル形の補強
部材１がウレタンゴムに覆われたバンパーが、そのフラ
ンン部２を自動屯にボルト等により取付けることにより
使用されている。この補・残部材ｌとしては、その目的
から剛性を要し、またウレタンゴムと共に衝突等による
強い衝撃を吸収しなければならないため、鋼製であるこ
とを必要とする。

そして、従来からこの補強部材には引張強さが１３０　
［ｋ　ｇ／ｒｎｒｒｆ］級の高強度鋼板が採用されてい
たが、バンパーの軽量化の観点から８０［ｋｇ／ｍｒｒ
ｒ’１級以上の超高強度鋼板の採用が検討されるように
なってきている。

一般的に補強部材の鋼板に要求される機械的性質として
は、衝突時のエネルギ吸収能を高めるために降伏比（降
伏強度／引張強度）が高＜、Ｉ１Ｍ性破壊しないことが
重要となる。

また、バンパーは重体へ組付ける時の組立歪をなくす必
要があり、高い寸法精度が要求される。

従って、このような要求を満足させるためには、加工性
の潰れた超高強度鋼板が必要となる。

ところで、ａ高強度冷延鋼板を得る手段としては、Ｔｉ
ｃ、ＮｂＣｆｆの析出強化を利用する方法やマルテンサ
イト等の組織強化を利用する方法があるが、これらの方
法により製造された従来の鋼板は、例えば延性が低い、
全伸びと局部伸びのバランスが悪い簿多くの問厘があり
。

実用化に至っていないのが現状である。

尚、ここに「全伸び」、「局部伸び」とはそれぞれ第２
図に示された一般的な引張試験における荷重−歪み線図
におけるＡ、Ｂで表現されるものをいう。

発１ｊｌが解決しようとする問題点 り記のように、自動車のバンパーの補強部材として乗員
の安全性を図り、また軽量化の要請から、最近ではバン
パーの補強部材の素材板として引張強さ８０　［ｋｇ／
ｍｒｎ’］以北で、降伏比が０．６５以上、板厚０．８
［ｍｍｌ以Ｊ−の超高強度鋼板の使用が検ホＩされるよ
うになっているが、同時に補強部材が比較的長尺物であ
ることから、反りやねじれ等の点で高いｔ法精度が要求
される。

この寸法精度を保証するために、第１図に示したような
チャンネル形の補強部材ｌの曲げ加工部３ａ〜３ｅの曲
率半径はできる限り小さく設計されており、通常は素材
板の厚さをｔとした場合に１．５を以下であることが求
められるケスも多い。

しかし、より高い寸法精度を保証するためには単に曲げ
加工部の曲率半径のみを規制してもその目的は達成でき
ず、併せて平面部分の歪をも制御する必要があり、通常
は平面部の板厚歪比で２［％］以上の加工が加えられる
ことが多い、ここに、板厚歪比とは初期板厚から加工後
の板厚を差引いた値と初期板厚の比を［％］表示したも
のである。

ところで、従来の引張強さ８０［ｋｇ／ｍｍ’　］以上
の超高強度鋼板をチャンネル形に曲げ加工する際に、上
記の曲げ加工部の曲率半径が１．５を以下及び板厚歪比
で２［％］以上を満足する成形条件を課すると５曲げ加
工部で破断や亀裂が発生してバンパーにおける衝突時の
エネルギ吸収能が低下し、また高い寸法精度を保証でき
なくなるすることが経験的に知られている。

従って、バンパーの補強部材への適用可撤な超高強度鋼
板を開発するためには、その成形に必要者機械的性質の
明確化と、実験的検討が重要となる。

第１図に示されるようなバンパーの補強部材ｌの加工は
引張加１を伴なう曲げ加工が主体になるため、鋼板の伸
びとの対応が問題になるのではないかと考えられる。し
かし、第３図のグラフに示されるように、く全伸び〉と
く引張り曲げによる限界曲げ半径と板厚の比〉との間に
は密接な関係は認められない、ちな・みに、この実験結
果は後記の第４図に示された方法による引張り曲げ試験
に基づくものであり、グラフのプロットＯは従来鋼につ
いて、プロット・は後述の未発明に係る鋼についてのも
のである。

また、く局部伸び〉との関係についても実験的な名家を
加えてみたが、前記と同様に密接な関係を見出すことは
できなかった。

従って、バンパーの補強部材の成形性を伸びとの関係に
おいて管理することはできないという結論を得る。

更に、その他の機械的性質である降伏応力。

疲労試験等から得られる値との対応関係についても密接
な関係を見出すことができなかった。

以上のように、バンパーの補強部材を高い寸法精度で加
工しようとした場合、従来の引張強さ８０　［ｋｇ／ｍ
ゴコ以上の超高強度鋼板では曲げ加工部で割れが発生し
て利用できず、一方そのような成形性を満足させるため
に必要な機械的性質は単純な引張試験等で得られた特性
値だけでは見出すことができないという問題がある。

本発明はバンパーの補強部材の高精度な成形を可能にす
るために必要な機械的性質を明確、こすると共に、これ
に基づき補強部材の素材板として最適の鋼板を見出し、
より目的に適合した補強部材を提供することを目的とす
る。

問題点を解決するためのＦ段 この発明のバンパー補強部材用の高強度高延性冷延鋼板
は、引張強ざが８０［ｋｇ／ｍｒｎ’］以上、全伸びが
１３［％］以上、局部伸びの全伸びに対する比が０．３
５から０．５５まで、降伏比が０．６５以上の機械的性
質を有する素材に関する。

作用 前記のような鋼板がバンパー補強部材として適正である
ことは、所要の成形を可壱にするために必要な機械的性
質について、広範な素材を用いて種々の検討を加えるこ
とにより得られた。即ち、単純な引張試験から求められ
た単一・の特性では鋼板の成形性の評価ができず、検討
の結果、第４図に示すような引張り曲げ試験によって初
めて補強部材の成形性と割れとの灯心関係が得られた。

第４図において、１１．ｌｌａ、１２．１２ａは１−丁
のシワ押え治具であり、被加工体１３は下側シワ押え治
具１１．１２と上側シワ押えＮ１几１１ａ、１２ａの間
に０支持され、その中央部を先端角４５°、先端曲面の
曲率半径ＩＲとした板状の押え治具１４で押し込み、曲
げ変形を与えるものである。そして、被加工体１３の割
れの状況を縦軸にとり、押し込み量Ｈとシワ押え治具１
１，１２の内側面から板状の押え治具１４の先端までの
距ｇｌＬとしたときのＨ／Ｌを横軸にとってグラフに表
現すると第５図のようになる。（尚、この実験において
は被加工体１３として引張強さ８０　［ｋ、ｇ　／　ｍ
　ｒｒｆ　］以上の超高強度鋼板以外のより強度の低い
従来素材の結果も含んでいる。） この図から明らかなように、Ｈ／Ｌが０３以上になると
チャンネル状補強部材として必要な成形を受けた場合に
も割れが生じないことが理解できる。このようにＨ／Ｌ
が０．３以トの材料について種々の検討の結果、全伸び
が１３［％］以りで、且つ局部伸びの全伸びに対する比
が０．３５から０．５５までの範囲に屈する材料である
ことが解った。

更に、引張強さ８０　［ｋ　ｇ／　ｍｒｒｒ’］以上の
超高強度鋼板について、引・覆囲げによる（限界曲げ゛
Ｖ−径／板厚）と（局部伸び／全伸び）との関係を第６
図に示す、（同図においても第３図と同様に、プロット
Ｏは従来鋼について、プロットφは後述の本発明に係る
鋼についてのものである。） この図によれば、全伸び１３［％］以上で且つ（局部伸
び／全伸び）の値が０．３５から０．５５の範囲にある
鋼は極めて引張曲げ特性が優れていることが解る。

尚、降伏比が０．６５よりも低いとバンパーの補強部材
としての所要の衝撃エネルギの吸収能が得られないため
、補強部材としての機能上の要請から降伏比が０．６５
以Ｅであることが要件となる。

そして、以卜のような条件を満足する鋼板は、板厚が０
．８［ｍｍ］以Ｆであっても１曲げ加Ｖ部の曲げｌ’Ｐ
？を（１、ｓｘ板Ｊ′ｌ）以ドでチャンネル状に折曲せ
しめるような厳しい曲げ加工が施される際にも破断や亀
裂が発生しない非常に良好な結果が得られる。

実施例 上記の機械的性質を有した鋼板の素材となる鋼は次のよ
うな化学成分からなるものとして実現できる。

即ち、組成が重量％において、Ｃ：０．０８〜０．３０
［％］、Ｍｎ：０．８〜３．０［％］、Ｓｉ：０．８〜
２．５［％−］を含み、Ｓ　ｉ　／　Ｍ　ｎが０．５〜
１．１で、残部鉄及び不可避不純物からなる鋼である。

そして、更にそれらの元素の他にＰ： ０．００８〜０．１５、Ｃｒ：０．０５〜１．０、Ｍｏ
：０．０５〜０．６よりなる群から選ばれる少なくとも
一種を含ませることもできる。

このような化学成分の限定理由について以下に説明する
。

Ｃは、鋼板の引張強さを支配する重要な元素であり、マ
ルテンサイト組織を得るためには、少なくとも０．０８
［％］の添加を必要とし、強度を高める観点からは多い
ほどよいが１反面、過多に添加するときは、第２相体積
率が高くなり、延性を確保することが難しくなり、また
、スポット溶接性も低下するので、そのＥ限を０．３％
とする。

Ｓｉは鋼をその均−伸びを劣化させないで、強化するた
めに、引張強さ８０　［ｋ　ｇ／　ｍｒｎ’１以上の超
高強度鋼板において優れた均−伸びを得るためには欠く
ことのできなし・元素であり、かかる効果を発揮させる
ためには、添加量は少なくとも０．８［％］が必要であ
るが、過多に添加するときには、製造費用を高めるのみ
ならず、適正な再結晶温度領域を高温にするので。

２．５［％］以下とする。

Ｍｎは、オーステナイト相を安定化し、冷却過程におけ
る主としてマルテンサイトからなる低温変態生成物の生
成を容易にするために、０．８［％１以Ｅを添加するこ
とが必要であるか、過多に添加するときには、オーステ
ナイト相への強化による第２相体積率が増加して。

Ｃのｅ縮が弱まることから、その添加量は２゜５　［％
１以丁とする。

尚、鋼には上記した元素に加えて、Ｐ：０゜００８〜０
．１５［％］、Ｃｒ：０．０５〜１．０［％］、Ｍｏ：
０．０５〜０．６［％］よりなる群から選ばれる少なく
とも１種を添加することができる。

Ｃｒ及びＭＯは、それぞれＭｎと同様に、オーステナ・
イト相を安定化し、冷却過程での低温変態生成物の生成
を容易にするのに有効である。この効果を有効に発揮さ
せるためには、それぞｈＯ，０５％の添加を必要をする
が、一方、多すぎるときは延性の低下をもたらすと共に
これらの元素は高価であるので、その上限はＣｒについ
ては１．０　［％］、Ｍｏについては０．６　［％］と
する。

このような化学組成を有する鋼を造塊又は連鋳にょリス
ラグとし、冷却の際の変態点Ａｒ＝点以−ヒで熱間圧延
した後、再結晶させるために３０％以上の冷間圧延を施
し、次いで加熱の隙の変態点ＡＣ１以上に１０分以内の
短時間加熱を行ない、引き続いて比較的速い冷却速度で
４００〜７００［”Ｃ］まで冷却した後水焼入れし、２
００〜５００［’Ｃ］の温度に再加熱を行なうことによ
り目標とする鋼を得る。

ここで実験結果として、後に掲載する第１表に示す化学
組成を有した鋼を仕上温度８５０〜９００［”Ｃ！］、
巻取り温度５００〜６００［℃］にて熱間圧延して２．
０〜５．０［ｍｍ］の厚さとし、酸洗後所定の厚さとし
、８５０［℃］で再結晶加熱後４００〜７００［”Ｃ］
の温度から水焼入れを行ない、更に２００〜５０００［
”０］の温度にて再加熱を行なって鋼を得て、その鋼の
機械的性質を後記に掲載する第２表に示す、ここに、第
２表に示されている「引張向げによる限界曲げ半径」は
第３図で押え治具１４の先端半径を種々に変化させ、押
え治具１４により押し込み、Ｈ／Ｌが０．３になる高さ
まで押し込めた場合の最も小さい先端半径をいう。

表から明らかなように、前記の化学成分を満足する鋼か
らなる鋼板は、いずれも超高強度でありながら、所定の
降伏比及び局部伸びの全伸びに対する比を満足しており
、非常に優れた（引張曲げによる限界曲げ半径／板厚）
の値を示している。

例えば、引張強さがほぼ同様である第２表における番号
８及び９の鋼板（第１表における鋼種はＶ及び■）につ
いてみると９いずれの素材でも局部伸びの全伸びに対す
る比及び降伏比がバンパーの補強部材を加工するに必要
な範囲にあるが、Ｓｉが０，５［％］で０．８［％］以
下である鋼種Ｖ、即ち番号８の鋼板は、Ｓｔが１．５［
％］で所定の範囲内にある鋼種■、即ち番号９の鋼板に
比較して全伸びが低く、従って（引張曲げによる限界曲
げ半径／板厚）の値が悪いということになる。換言すれ
ば、番号８の鋼板は番号９の鋼板に比較して加工性が劣
ることになり、番号８の鋼板はバンパーの補強部材の素
材板として高精度な成形を施しＣ）ないことになる。

前記に一例を見たが、一般的に第１表及び第２表から理
解できるように、前記の化学組成のｎ囲にある鋼種ｍ、
　ＶＩ、　Ｖｌｌ、　Ｖｌ、　Ｘｌ、　ｘｎノ鋼板はバ
ンパーの補強部材としての加工性に優れた特性を示し、
バンパーにおける衝突時のエネルギ吸収能が高く、曲げ
加工部で破断や亀裂が発生することなく、加工の際の高
い寸法精度を保証し得ることになる。

発明の効果 この発明は、鋼の機械的性質の範囲を選択することによ
り、破断や亀裂が発生することなく曲げ加］二部の曲げ
半径を（１，５Ｘ板厚）以下に加工できるようにし、寸
法精度の極めて高いバンパー補強部材用の高強度高延性
冷延鋼板を提供する。

特に、引張強さが８０［ｋｇ／ｍｒｎ’］以上の鋼板を
使用できるためバンパーの軽量化を図れ、降伏比を高く
して自動車等の衝突時のエネルギの吸収能を高く保持し
、且つ折曲加工における寸法精度が飛躍的に向上せしめ
られているため、組付は時の歪を極小に押えることがで
きるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はバンパー補強部材の斜視図、第２図は引張試験
における荷重−歪み線図、第３図は第４図に示される鋼
板素材の引張り曲げ試験において、縦軸に（限界曲げ半
径／板厚）を横軸に全伸びをとり、゛両者の関係を示し
たグラフ、第４図は引張り曲げ試験の方法を示した断面
図、第５図は第４図に示す方法により加工した場合の割
れの状況を縦軸に、また第４図におけるＨ／Ｌを横軸に
とり、両者の関係を示したグラフ、第６図は第４図の方
法により得られた（限界曲げ半径／板厚）を縦軸に、（
局部伸び／全件び）を横軸にとり、両者の関係を示した
図である。 各図において、１は補強部材、２は７ランジ部、３ａ〜
３ｅは曲げ加工部、１１及び１２は丁側シワ押え治具、
ｌｌａ及び１２ａは上側シワ押え冶具、１３は被加工体
、１４は押え治具を示す。 第２図 ［荷重（ｋｇｆ）］ 陣み（％）］ 第３図 （限界曲げ半径／板厚） ［全伸び（％）］ 〃

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）引張強さが８０［Ｋｇ／ｍｍ＾２］以上、全伸び
   が１３［％］以上、局部伸びの全伸びに対する比が０．
   ３５から０．５５まで、降伏比が０．６５以上の機械的
   性質を有する素材からなる板厚が０．８ｍｍ以上のバン
   パー補強部材用の高強度高延性冷延鋼板。
2. （２）鋼板の鋼の組成が重量％において、 Ｃ：０．０８〜０．３０［％］、Ｍｎ：０．８〜３．０
   ［％］、Ｓｉ：０．８〜２．５［％］を含み、Ｓｉ／Ｍ
   ｎが０．５〜１．１で、残部鉄及び不可避不純物からな
   る特許請求の範囲第（１）項のバンパー補強部材用の高
   強度高延性冷延鋼板。
3. （３）鋼板の鋼の組成が重量％において、 Ｃ：０．０８〜０．３［％］、Ｍｎ：０．８〜３．０［
   ％］、Ｓｉ：０．８〜２．５［％］を含み、Ｓｉ／Ｍｎ
   が０．５〜１．１で、他にＰ：０．００８〜０．１５、
   Ｃｒ：０．０５〜１．０、Ｍｏ：０．０５〜０．６より
   なる群から選ばれる少なくとも一種を含み、残部鉄及び
   不可避不純物からなる特許請求の範囲第（１）項のバン
   パー補強部材用の高強度高延性冷延鋼板。
4. （４）鋼板の鋼が低温変態生成物とフェライトからなる
   複合組織である特許請求の範囲第（２）項又は第（３）
   項のバンパー補強部材用の高強度高延性冷延鋼板。