(57)【要約】【課題】衝突性能や剛性性能等の車両性能を損なうことなく、軽量で高い強度を有する異方性鋼板を用いられるようにする。【解決手段】本発明は、機械的特性のうち、少なくともヤング率、延性及び降伏強度に関して異方性を有し、圧延方向、圧延方向から４５°方向、圧延直角方向で測定したヤング率の最大値が２４０ＧＰａ以上で、かつ、ヤング率の最大値と最小値との比が１．２０以上の異方性鋼板により成形した構造部材であって、異方性鋼板を、剛性が必要とされる方向にヤング率の高い方向を、かつ、最も成形が複雑な方向に高い延性を示す方向をそれぞれ指向させて採取している。【選択図】図１
2010215055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的特性のうち、少なくともヤング率、延性及び降伏強度に関して異方性を有し、圧延方向、圧延方向から４５°方向、圧延直角方向で測定したヤング率の最大値が２４０ＧＰａ以上で、かつ、ヤング率の最大値と最小値との比が１．２０以上の異方性鋼板により成形した構造部材であって、
異方性鋼板を、剛性が必要とされる方向にヤング率の高い方向を、かつ、最も成形が複雑な方向に高い延性を示す方向をそれぞれ指向させて採取していることを特徴とする構造部材。
【請求項２】
長尺体として形成されており、
その長尺体の長手方向に対し、異方性鋼板のヤング率の高い方向を所要の角度で交差させて採取していることを特徴とする請求項１に記載の構造部材。
【請求項３】
長尺体として形成されており、
その長尺体の長手方向に、異方性鋼板のヤング率の高い方向を指向させて採取していることを特徴とする請求項１に記載の構造部材。
【請求項４】
異方性鋼板の高い降伏強度を示す方向を、反力特性を要する方向に指向させて採取していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項５】
異方性鋼板の低い降伏強度を示す方向を、吸収エネルギー特性を要する方向に指向させて採取していることを特徴とする請求項４に記載の構造部材。
【請求項６】
縦壁を有するハット部が形成されており、
その縦壁の単軸伸びが２５％以上４０％未満であり、かつ、高さが８０ｍｍ〜１２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項７】
ハット部が形成されており、
そのハット部が直線的な絞り形状を有し、かつ、絞り深さが８０ｍｍ〜１２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項８】
ハット部が形成されており、
そのハット部が二つ以上の方向に連続した湾曲の絞り形状を有し、かつ、絞り深さが８０ｍｍ〜１２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な形状を有する例えば自動車用車体等に用いる構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のものとして、「車両の後部車体構造」の名称で特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１に開示された車両の後部車体構造は、車体前後方向に延びる閉断面構造のリヤサイドメンバの後端末を、車幅方向に延びるテールクロスメンバに結合した車両の後部車体構造において、上記リヤサイドメンバの後端末と対向する上記テールクロスメンバの前面に、断面ほぼハット形で、周縁フランジを上記テールクロスメンバの前面に結合してテールクロスメンバとで、テールクロスメンバより前方へ突出する閉断面を形成する補強部材を設け、上記閉断面構造をなすリヤサイドメンバの後端末の端末開口を、上記補強部材の前方へ突出する突出部に嵌合し、上記リヤサイドメンバの後端末の端末開口の周面と上記突出部の外周面とを重ね合わせて溶接結合したものである。
【０００３】
ところで、自動車用車体等の構造部材は、軽量化性能の向上を目的として、鋼板の高強度化が進んでいる。
しかし、構造部材の高強度化の弊害として材料の延性低下があるために、形状が複雑な部品については高強度化が困難であり、また、高強度化による板厚低減の軽量化が進むことにより、部品の剛性が低下するという問題がある。
すなわち、車両としての機能、剛性性能を確保しつつ、軽量化することは大変困難であり、従来の高強度材の適用部位は限られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４４３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高強度材の適用拡大の一方策として、鋼板の表面に摺動性の高い材料（有機皮膜・無機皮膜・潤滑性の高いプレス油）を塗布することが知られている。
しかしながら、当該材料の塗布は、溶接性の低下を招くとともに、プレス加工時の作業性の劣化やプレス型の短寿命化といった新たな問題を生起させている。
また、部品の性能確保を目的とした板厚の増加は、車両の軽量化を阻害するものであり、複雑な形状であって剛性を要求される部品には、引張強度５００Ｍｐａ以下の材料の採用にとどまっている。
【０００６】
そこで本発明は、衝突性能や剛性性能等の車両性能を損なうことなく、軽量で高い強度を有する異方性鋼板を用いた構造部材の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る構造部材は、機械的特性のうち、少なくともヤング率、延性及び降伏強度に関して異方性を有し、圧延方向、圧延方向から４５°方向、圧延直角方向で測定したヤング率の最大値が２４０ＧＰａ以上で、かつ、ヤング率の最大値と最小値との比が１．２０以上の異方性鋼板により成形した構造部材であって、
異方性鋼板を、剛性が必要とされる方向にヤング率の高い方向を、かつ、最も成形が難しい複雑な方向に高い延性を示す方向をそれぞれ指向させて採取していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、衝突性能や剛性性能等の車両性能を損なうことなく、軽量かつ高い強度を有する異方性鋼板を用いることができる。
また、高い延性を示す方向を部品の難成形方向に指向させて異方性鋼板を採取しているので、当該異方性鋼板の適用範囲を拡大することができ、より一層の軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る構造部材の平面図、（Ｂ）は、その構造部材の斜視図である。
【図２】同上の構造部材に適合するように異方性鋼板を採取するときの説明図である。
【図３】本発明の第二の実施形態に係る構造部材の斜視図である。
【図４】（Ａ）は、図３に示すリアサイドメンバにおけるねじり剛性と、ねじり軸に対して４５度方向のヤング率との関係を示すグラフ、（Ｂ）は、曲げ剛性とヤング率との関係を示すグラフ、（Ｃ）は、反力（衝突特性）と降伏強度との関係を示すグラフであり、異方性鋼板を用いたときの衝突性能への効果の解析結果を示している。
【図５】本発明の第三の実施形態に係る構造部材の斜視図である。
【図６】本発明の第四の実施形態に係る構造部材の斜視図である。
【図７】同上のリアサイドメンバを異方性鋼板によって採取成形するときの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る構造部材の平面図、（Ｂ）は、その構造部材の斜視図、図２は、その構造部材に適合するように異方性鋼板を採取するときの説明図である。なお、図１（Ａ），（Ｂ）及び図２に示す構造部材は、理解を容易にするために、その構造を簡略化して示している。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る構造部材Ａ１は、異方性鋼板１０（図２参照）を、剛性が必要とされる方向にヤング率の高い方向、かつ、成形が難しい方向に高い延性を示す方向にそれぞれ指向させて採取成形したものである。
【００１２】
すなわち、構造部材Ａ１は、上壁２０の両側に側壁２１，２１を断面略台形にしたハット部２２を、また、それら側壁２１，２１の下端辺縁２１ａ，２１ａに水平な一定幅のフランジ２３，２３をそれぞれ外方に折曲形成した長尺体として形成されている。
その長手方向β１に対し、異方性鋼板１０のヤング率の高い方向α１を所要の角度で交差させて採取成形している。
【００１３】
異方性鋼板１０は、機械的特性のうち、少なくともヤング率、延性及び降伏強度に関して異方性を有するものであり、それは、例えば特開２００７−５１３１３号公報において開示されている下記の組成からなるものである。
「質量%で、Ｃ：０．０２〜０．２０％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：１．０〜３．５％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：１．５％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｎｂ：０．０１〜０．４０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、［Ｎｂ］−（９３／１４）×［Ｎ］≧０．００５を満足し、フェライトと相と低温変態相からなるミクロ組織を有し、かつ低温変態相の体積率が１〜６０％であり、引張強度が５９０ＭＰａ以上で、かつ下記の式（１）のＸが２３０ＧＰａ以上である剛性の高い高強度冷延鋼板；
Ｘ＝０．００５×ＴＳ／（ε２−ε１）［ＧＰａ］…（１）
ここで、［Ｍ］は元素Ｍの含有量［質量％］を表し、ＴＳは鋼板の引張強度［ＭＰａ］、ε１は公称応力が０．４０×ＴＳのときの公称歪［％］、ε２は公称応力が０．４５×ＴＳのときの公称歪［％］を表す。」
【００１４】
また、その製造方法は、次のとおりである。
「９５０℃以下における総圧下量を３０％以上とし、Ａｒ３変態点〜９００℃の仕上温度で熱間圧延し、６５０℃以下で巻取り、４０％以上の圧下率で冷間圧延後、（８７５−４００×［Ｃ］−３０×［Ｍｎ］）〜（９１５−４００×［Ｃ］−３０×［Ｍｎ］）℃で１〜６００ｓ加熱し、次いで冷却して７００〜５００℃の温度域に２０ｓ以上滞留させるとともに２００〜５００℃の温度域に６０ｓ以上滞留させて焼戻すか、あるいは前記７００〜５００℃の温度域での滞留の後２００℃以下に冷却し、再加熱して２００〜５００℃の温度域に６０ｓ以上滞留させて焼戻す条件で焼鈍する。ここで、［Ｍ］は元素Ｍの含有量［質量％］を表す。」
【００１５】
図１，２に示す構造部材Ａ１は、最も高い延性を示す方向α３と、最も高い降伏強度を示す方向α２が互いに直交し、かつ、それらの方向α３，α２と４５度をなす方向α１において最も高いヤング率を示すように上記結晶方位を制御したものである。
【００１６】
上記の異方性鋼板１０は、最も高いヤング率を示す方向α１におけるヤング率が、通常のヤング率（２０６ＧＰａ）に比して１０％〜３０％、また、最も高い延性を示す方向α３における伸び値が、従来材の５９０ＤＰ鋼（ＹＰ３６０ＭＰａ、ＴＳ５９０ＭＰａ、ＥＬ３０％）に比して１５〜４０％、最も高い降伏強度を有する方向α２における降伏強度を１０％〜４０％、それぞれ向上させたものである。また、単位重量当たり約１０％の軽量化を実現している。
【００１７】
本実施形態においては、上記した異方性鋼板１０の最も高いヤング率を示す方向α１を、（長手方向）β１と４５度で交差し、最も高い延性を示す方向α３が長手方向β１と直交し、かつ、最も高い降伏強度を示す方向α２を、その長手方向β１と平行になるように採取している。
換言すると、剛性が必要とされる方向に鋼材のヤング率の最も高い方向を、かつ、難成形方向に最も高い延性を示す方向をそれぞれ指向させて採取成形している。
【００１８】
すなわち、部品捩り軸に対して４５度方向にヤング率が高い方向を配しているので、構造部材Ａ１の捩り角を減少させるとともに、剛性を向上させることができる。
なお、本実施形態においては、異方性鋼板１０のヤング率の高い方向α１を構造部材Ａ１の長手方向β１に対して４５度となるように採取形成しているが、４０度〜５０度の角度範囲に設定すればよい。
【００１９】
以上のように、異方性鋼板を、その強度性能をつかさどる部材方向には材料の高強度方向を配し、また複雑な形状のために成形性を必要とする部材方向には低強度・高伸び方向を配しているので、より高強度材を複雑な形状部品に適用することができる。
【００２０】
図３は、本発明の第二の実施形態に係る構造部材の斜視図である。
本発明の第二の実施形態に係る構造部材Ａ２は、自動車用のリアサイドメンバに適用したものであり、それは、自動車の車体後部（図示しない）の左右両側に設置され、車体前後方向に延びる長尺体として、上記したものと同等の異方性鋼板１０によって一体成形したものである。
【００２１】
上記の構造部材（以下、単に「リアサイドメンバ」という。）Ａ２は、前端半部３０ａを略凸形にしているとともに、後端半部３０ｂ側に異形のハット部３０を形成し、また、両側辺縁部に一定幅のフランジ３１，３１を連成したものである。
【００２２】
ハット部３０は、前端部側から他端部に向けて次第に拡幅するとともに、高さ方向にも高くなるように、平坦な上壁３０ｃ，起立壁３０ｄ、湾曲した起立壁３０ｅ，３０ｆにより膨出して成型されている。
起立壁３０ｅは、長手方向β１と４５度の角度で交差するように形成されている。
【００２３】
異方性鋼板１０の採取は、リアサイドメンバＡ２の幅方向に高い延性を示す方向α３を、車体の前後方向に、換言すると長手方向β１に高い降伏強度を示す方向α２を、また、ハット部３０の起立壁３０ｅと平行に高いヤング率を示す方向α１が指向するようにしている。
【００２４】
上記のリアサイドメンバＡ２は、２つ以上の湾曲（起立壁３０ｅ，３０ｆ）を有するものであって、成形深さも深く、難成形部品として位置付けられている。
このようなリアサイドメンバＡ２は、伸び４０％を持った４４０ＭＰａ級鋼板でしか成形が可能でなかったのに対し（伸び３０％の５９０ＤＰ鋼では成形不可能）、異方性鋼板１０を適用することにより、５９０ＭＰａ級の機械的特性を有する異方性鋼板の適用が可能となった。
【００２５】
図４（Ａ）は、図３に示すリアサイドメンバにおけるねじり剛性と、ねじり軸に対して４５度方向のヤング率との関係を示すグラフ、（Ｂ）は、曲げ剛性とヤング率との関係を示すグラフ、（Ｃ）は、反力（衝突特性）と降伏強度との関係を示すグラフであり、異方性鋼板を用いたときの衝突性能への効果の解析結果を示している。なお、（Ａ）の赤色で示すものが異方性鋼板、また、青色で示すものが従来材をそれぞれ示している。
【００２６】
（Ａ）に示すように、部品捩り軸に対して４５度方向にヤング率が高い方向を配することにより、部品の捩り角が減り、剛性が向上するという結果が得られた。
また、（Ｂ）に示すように、部品長手方向にヤング率が高い方向を平行に指向させたときには、部品の曲げ剛性が向上するという結果が得られた。
【００２７】
さらに、（Ｃ）に示すように、５９０ＤＰ（Dual Phase）鋼と比較し、同強度クラスおいても高降伏強度方向を衝突入力と平行に指向させることにより、初期反力が５９０ＤＰ鋼と比較して高くなるという結果が得られた。それは、特に反力が必要な部位への適用が大いに効果がもたらすと考えられる。
上記の構成からなる構造部材においては、高強度な異方性鋼板の適用拡大による軽量化の促進に加え、従来材と比較して剛性性能、衝突性能を向上させることができる。
【００２８】
図５は、本発明の第三の実施形態に係る構造部材の斜視図である。
本発明の第三の実施形態に係る構造部材Ａ３は、ＦＲ−Ｌ系（ＦｒｏｎｔエンジンＲＲ駆動）自動車のリアサイドメンバに適用したものである。
【００２９】
すなわち、構造部材（以下、単に「リアサイドメンバ」という。）Ａ３は、上壁４０ａの両側辺縁に起立壁４０ｂ，４０ｂを形成した断面コ形のハット部４０と、起立壁４０ｂ，４０ｂの下辺縁に一定の幅にして形成したフランジ４１，４１とを有するものであり、平面視において略弧状に形成されている。
【００３０】
リアサイドメンバＡ３の材料特性値は、圧延方向に対し４５度方向：ヤング率１９５ＧＰａ、降伏強度ＹＰ４１０ＭＰａ、引張強度ＴＳ５７８ＭＰａ、伸びＥＬ３８．１％であり、圧延直角方向：ヤング率２４０ＧＰａ、ＹＰ４８０ＭＰａ、ＴＳ６４０ＭＰａ、ＥＬ２４．７％という異方性鋼板を用いて、長手方向β１に本材料の圧延斜め方向に指向させて採取成型したものである。
【００３１】
本車種における本部品への主変形モードは、捩りモードとなっている。また、ハット部４０の縦壁の単軸伸びが３５％以上４０％未満であり、かつハット部の高さを１２０ｍｍとしている。また、２つ以上の方向に連続した湾曲の絞り形状を有し、ポンチ底Ｒ・肩ダイＲをＲ１０ｍｍ〜Ｒ２０ｍｍとしている。
【００３２】
剛性・衝突・軽量化の性能を向上させるため、上記した異方性鋼板を用い、リアサイドメンバＡ３の長手方向に圧延斜めに向けて採取している。
ここで、圧延斜め方向とは、コイル圧延方向に対し４５度である。
【００３３】
コイルに対する部品採取イメージは、上記図２に示したものと同様である。このようにして部品を採取することにより、ハット部４０の縦壁における難成形方向に、高い伸び方向である圧延４５度方向を配することができるとともに、長手方向に対して４５度方向に、ヤング率の高い圧延直角方向を指向させて、捩り剛性を向上させることができる。
【００３４】
以上の構成によれば、板厚を１０％提言することが可能となり、捩り剛性性能・衝突性能ともに、従来の５９０ＤＰ鋼の適用時よりも優れるという結果が得られた。特に捩り剛性においては、８．５％程度向上する。
【００３５】
図６は、本発明の第四の実施形態に係る構造部材の斜視図、図７は、そのリアサイドメンバを異方性鋼板によって採取成形するときの説明図である。
本発明の第四の実施形態に係る構造部材Ａ４は、ＦＦ系（ＦｒｏｎｔエンジンＦｒｏｎｔ駆動）自動車のリアサイドメンバに適用したものである。
【００３６】
すなわち、構造部材（以下、単に「リアサイドメンバ」という。）Ａ４は、上壁５０ａの両側辺縁に起立壁５０ｂ，５０ｃを形成した断面コ形のハット部５０と、起立壁５０ｂの下辺縁にフランジ５１とを有するものであり、略ほぼ直線状に形成されている。
【００３７】
このリアサイドメンバＡ４は、圧延方向：ヤング率２１５ＧＰａ、ＹＰ４１０ＭＰａ、ＴＳ６１０ＭＰａ、ＥＬ２５．５％であり、圧延直角方向：ヤング率２４０ＧＰａ、ＹＰ４８０ＭＰａ、ＴＳ６４０ＭＰａ、ＥＬ２４．７％という異方性鋼板を用い、ハット構造部品の長手方向に本材料の圧延直角方向を配したものである。
【００３８】
本車種における本部品への主変形モードは、曲げ変形である。また、ハット部５０の起立壁５０ｂの単軸伸びが２５％以上３０％未満であり、直線的な絞り形状を有し、且つ絞り深さが１２０ｍｍである。
【００３９】
剛性・衝突・軽量化の性能を向上させるため、上記の異方性鋼板を用い、部品の長手方向β１に圧延直角方向を採取している。
圧延直角方向とは、コイル圧延方向β２に対して９０度とする。コイル１，１に対する部品採取イメージは、図７に示すとおりである。
【００４０】
このようにリアサイドメンバＡ４を採取することにより、ハット部５０の縦壁における難成形方向に、高伸び方向である圧延方向を配することができ、かつ長手方向に対して、ヤング率の高い圧延直角方向を配することが可能となり、曲げ剛性を向上させることができる。
【００４１】
これにより、板厚を１０％低減することが可能となり、捩り剛性性能・衝突性能ともに、従来の５９０ＤＰ鋼の適用時よりも優れるという結果が得られた。特に曲げ剛性においては、１０％程度向上する。
【００４２】
以上、詳述したように、本発明にかかる上記各構造部材によれば、高延性方向を部品の難成形方向に配することで、高強度材の適用部品の拡大が可能となり、車両軽量化への貢献が可能となる。
また、等方性の従来材の５９０ＤＰ鋼の適用時と比較して、部品剛性・衝突性能を向上させられる。
さらに、圧延斜め方向に部品の長手方向を配することで、圧延コイル幅が狭くすることが可能となり、鋼板の使用量と生産時材料ロスが少なくでき、従ってまた、コストダウンを図ることができる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・異方性鋼板の低い降伏強度を示す方向を、吸収エネルギー特性を要する方向に指向させて採取した構造としてもよい。この場合、吸収エネルギー性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０              異方性鋼板
３０，４０，５０  ハット部
Ａ１〜Ａ４        構造部材
α１              ヤング率の高い方向
α２              高い降伏強度を示す方向
α３              高い延性を示す方向
β１              長手方向
【図１】
2010215055.tif 000003
【図２】
2010215055.tif 000004
【図３】
2010215055.tif 000005
【図４】
2010215055.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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