(57)【要約】【課題】  本願発明は、衝突初期の高い曲げ反力が得られ、しかも製造コストの低減と軽量化を図ることができる断面形状を有する自動車用強度部材の製造方法を提供することにある。【解決手段】  引張強さで６９０ＭＰａ以上の強度を有し、且つ断面が正方形を成す角鋼管を丸鋼管から冷間引き抜きにより製造する方法において、引張強さで５９０ＭＰａ以上の強度を有する丸鋼管を用いて、且つ下記の（１）式に示す外周長リダクションＯｒが１０〜４０％となることを特徴とする正方断面角鋼管の製造方法。  １０  ≦  Ｏｒ＝｛（Ｌ0−Ｌ）／Ｌ0｝×１００  ≦  ４０                （１）      Ｌ0；冷間引き抜き前の丸鋼管の外周長（ｍｍ）      Ｌ  ；冷間引き抜き後の角鋼管の外周長（ｍｍ）【選択図】  図１
2006315045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強さで６９０ＭＰａ以上の強度を有し、且つ断面が正方形を成す角鋼管を丸鋼管から冷間引き抜きにより製造する方法において、引張強さで５９０ＭＰａ以上の強度を有する丸鋼管を用いて、且つ下記の（１）式に示す外周長リダクションＯｒが１０〜４０％となることを特徴とする正方断面角鋼管の製造方法。
１０  ≦  Ｏｒ＝｛（Ｌ0−Ｌ）／Ｌ0｝×１００  ≦  ４０                （１）
Ｌ0；冷間引き抜き前の丸鋼管の外周長（ｍｍ）
Ｌ  ；冷間引き抜き後の角鋼管の外周長（ｍｍ）
【請求項２】
引張強さで６９０ＭＰａ以上の強度を有し、且つ断面が正方形を成す角鋼管を丸鋼管から冷間引き抜きにより製造する方法において、引張強さで５９０ＭＰａ以上の強度を有する丸鋼管を用いて、且つ下記の（２）式に示す減面率Ａｒが５〜４０％となることを特徴とする正方断面角鋼管の製造方法。
５  ≦  Ａｒ＝｛（Ｓ0−Ｓ）／Ｓ0｝×１００  ≦  ４０                    （２）
Ｓ0；冷間引き抜き前の丸鋼管の断面積（ｍｍ２）
Ｓ  ；冷間引き抜き後の角鋼管の断面積（ｍｍ２）
【請求項３】
請求項１又は２記載の正方断面角鋼管の製造方法において、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．５０％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、オ−ステナイト相を体積率で５％以上含み、且つ５９０ＭＰａ以上の引張強さの丸鋼管を冷間引き抜きすることを特徴とする正方断面角鋼管の製造方法。
【請求項４】
質量％で更に、Ｃｒ：０．０５〜２．００％、Ｍｏ：０．０５〜２．００％、Ｎｉ：０．０５〜２．００％、Ｃｕ：０．０５〜２．００％、Ｔｉ：０．００１〜０．２００％、Ｎｂ：０．００１〜０．２００％、Ｖ：０．００１〜０．２００％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、Ｃａ：０．０００２〜０．００２０％のうち一種または二種以上を含むことを特徴とする請求項３に記載する正方断面角鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた曲げ性能を発揮することができ、しかも製造コストの低減と軽量化を図ることができる構造部材、特に自動車用強度部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の側面からの衝突に対する基準がさらに厳しくなりつつあり、車体構造設計の思想も変化してきている。側面衝突時に乗員の安全を確保するために、自動車のドアにはドアガ−ドバ−が装備されている。従来、ドアガ−ドバ−は衝突時にそれ自体が変形することにより衝突エネルギ−を吸収し、乗員の受ける衝撃を軽減するための部材として考えられていた。
【０００３】
最近、ドアガ−ドバ−は、衝突エネルギ−をドアガ−ドバ−周辺の他部材へ伝達し、他部材の変形により衝突エネルギ−を吸収させるというエネルギ−伝達経路部材として使用されつつある。従って、ドアガ−ドバ−として使用する部材は衝撃力が負荷されても変形しないことが重要であり、特に衝突初期の曲げ反力の高い特性を有する部材が要求される。
【０００４】
これまでに、ドアガ−ドバ−用の部材としては、吸収エネルギ−の観点からさまざまな検討がなされてきた。例えば、特許文献１に開示されているように、断面が丸の鋼管のままを高強度化することで高い吸収エネルギ−を得るものが知られている。しかし、丸断面鋼管の曲げ変形挙動は、負荷直下部に荷重が集中し、局部座屈により断面が扁平しやすく、衝撃曲げにおいても同様に弱いという特性がある。従って、高い衝突初期の曲げ反力が得られない。
【０００５】
また、特許文献２には、閉断面構造で、その長手方向の最大寸法、その直角方向の最大寸法、外周長さ、及び肉厚、これらの関係を規定した引張強さ１４００ＭＰａ以上である自動車用構造部材が開示されている。この部材では、確かに吸収エネルギ−と曲げ反力は従来に比較して向上しているが、いずれも静的曲げ試験による結果であり、衝撃曲げ試験に対しても高い衝突初期の曲げ反力が得られるかについては不明である。
【０００６】
一方、これらに対し、丸管よりも断面扁平が起こりにくい角管も開発されている。例えば、特許文献３には、角管のコ−ナ−部の外側にはＲを設けないか或いは肉厚未満の大きさのＲを設け、内面には外側より大きいＲを設けることで、曲げ入力方向に平行な両側面の端に直接荷重が負荷され、断面扁平を起こしにくくすることで、曲げ反力を向上させる角管が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平４−６３２４２号公報
【特許文献２】特開２００２−２４８９４１号公報
【特許文献３】特開平６−２７８４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような角鋼管は、衝突初期の曲げ反力向上には確かに効果的な形状ではあるが、電縫鋼管等により製造した丸鋼管から更に角鋼管に加工する場合、内面に外面より大きいＲを設けるのは製造上難しく、上記のような断面形状に製造する場合、コストが著しく高くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、衝突初期の高い曲げ反力が得られ、しかも製造コストの低減と軽量化を図ることができる断面形状を有する自動車用強度部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記したように現在は、ドアガ−ドバ−部材は、側面衝突時に変形しないことが重要であり、特に衝突初期の高い曲げ反力を示す特性が要求されている。
【００１１】
本発明者らが検討した結果、衝突初期の曲げ反力を向上させるためには、正方断面角鋼管のコ−ナ−部の座屈を極力小さくすることと、曲げ入力方向に平行な両側面の端に直接荷重を負荷させることにより、断面扁平を起こしにくくする必要があることを知見した。また、部材の高強度化も効果的である。
【００１２】
図１は、部材の長手方向と垂直な方向から衝撃力を与えた時の変位と曲げ反力を示した図である。上記の知見を踏まえた７８０ＭＰａ級の□３０×３０ｍｍ、肉厚２．２０ｍｍ、角部Ｒ２．５ｍｍ正方断面角鋼管は従来の１４７０ＭＰａ級φ３５．０×ｔ２．３ｍｍ丸断面鋼管に対して衝突初期の曲げ反力が著しく大きな値を示していることがわかる。
【００１３】
本発明はこのような正方断面角鋼管を冷間引き抜きにより製造する方法において、引き抜き中に材料の破断がなく、寸法精度の良い正方断面角鋼管の製造方法を提供するものである。
【００１４】
本発明は以下の構成を要旨とするものである。
（ｉ）引張強さで６９０ＭＰａ以上の強度を有し、且つ断面が正方形を成す角鋼管を丸鋼管から冷間引き抜きにより製造する方法において、引張強さで５９０ＭＰａ以上の強度を有する丸鋼管を用いて、且つ下記の（１）式に示す外周長リダクションＯｒが１０〜４０％となることを特徴とする正方断面角鋼管の製造方法。
１０  ≦  Ｏｒ＝｛（Ｌ0−Ｌ）／Ｌ0｝×１００  ≦  ４０                （１）
Ｌ0；冷間引き抜き前の丸鋼管の外周長（ｍｍ）
Ｌ  ；冷間引き抜き後の角鋼管の外周長（ｍｍ）
（ii）引張強さで６９０ＭＰａ以上の強度を有し、且つ断面が正方形を成す角鋼管を丸鋼管から冷間引き抜きにより製造する方法において、引張強さで５９０ＭＰａ以上の強度を有する丸鋼管を用いて、且つ下記の（２）式に示す減面率Ａｒが５〜４０％となることを特徴とする正方断面角鋼管の製造方法。
５  ≦  Ａｒ＝｛（Ｓ0−Ｓ）／Ｓ0｝×１００  ≦  ４０                    （２）
Ｓ0；冷間引き抜き前の丸鋼管の断面積（ｍｍ２）
Ｓ    ；冷間引き抜き後の角鋼管の断面積（ｍｍ２）
（iii）（ｉ）又は（ii）記載の正方断面角鋼管の製造方法において、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．５０％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、オ−ステナイト相を体積率で５％以上含み、且つ５９０ＭＰａ以上の引張強さの丸鋼管を冷間引き抜きすることを特徴とする正方断面角鋼管の製造方法。
（iv）質量％で更に、Ｃｒ：０．０５〜２．００％、Ｍｏ：０．０５〜２．００％、Ｎｉ：０．０５〜２．００％、Ｃｕ：０．０５〜２．００％、Ｔｉ：０．００１〜０．２００％、Ｎｂ：０．００１〜０．２００％、Ｖ：０．００１〜０．２００％、Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、Ｃａ：０．０００２〜０．００２０％のうち一種または二種以上を含むことを特徴とする（iii）に記載する正方断面角鋼管の製造方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本願発明を詳細に説明する。
【００１６】
自動車用強度部材として衝突初期の曲げ反力を充分得るためには、６９０ＭＰａ以上の引張強さが必要である。逆に部材の引張強さが高すぎると部材の脆性破壊や水素割れが懸念されるため、部材の引張強さは、１４７０ＭＰａ以下が望ましい。
【００１７】
図２は丸鋼管から正方断面角鋼管に冷間引き抜きする方法を示す図である。丸鋼管をダイス或いはダイス、プラグを通して縮径しながら正方断面角鋼管にする。丸鋼管から角鋼管に縮径する冷間引き抜きにおいては、周方向のリダクションの適正化が重要である。冷間引き抜き前後の丸鋼管および正方断面角鋼管の外周長から算出した外周長リダクションが１０％未満では寸法精度が著しく劣り、特に正方断面角鋼管のコ−ナ−Ｒが大きくなってしまう。また、冷間引き抜き前後の丸鋼管および正方断面角鋼管の外周長から算出した外周長リダクションが１０％未満では冷間ひずみの導入による加工硬化量が小さく、角鋼管の引張強さが６９０ＭＰａ未満となってしまう場合がある。一方、外周長リダクションが４０％を超えると、冷間引き抜きの途中で材料の延性不足により材料が破断してしまう可能性が高い。従って、衝突初期の高い曲げ反力を有する正方断面角鋼管を冷間引き抜きにより製造するには、外周長リダクションを１０％以上、４０％以下にすることでコ−ナ−Ｒが小さく、引き抜き後の角鋼管の引張強さも６９０ＭＰａ以上となる。
【００１８】
丸鋼管から角鋼管に縮径する冷間引き抜きにおいては、外周長リダクションの最適化の他に断面の減面率の適正化が重要である。冷間引き抜き前後の丸鋼管および正方断面角鋼管の断面積から算出した減面率が５％未満では寸法精度が著しく劣り、特に正方断面角鋼管のコ−ナ−Ｒが大きくなってしまう。また、冷間引き抜き前後の丸鋼管および正方断面角鋼管の断面積から算出した減面率が５％未満では冷間ひずみの導入による加工硬化量が小さく、角鋼管の引張強さが６９０ＭＰａ未満となってしまう場合がある。一方、減面率が４０％を超えると、冷間引き抜きの途中で材料の延性不足により材料が破断してしまう可能性が高い。従って、衝突初期の高い曲げ反力を有する正方断面角鋼管を冷間引き抜きにより製造するには、減面率を５％以上、４０％以下にすることでコ−ナ−Ｒが小さく、引き抜き後の角鋼管の引張強さも６９０ＭＰａ以上となる。
【００１９】
冷間引き抜きは強加工であるため外周長リダクションおよび減面率が高くなると、冷間引き抜き前の丸鋼管には高延性が必要となる。高延性を有する材料としてはオ−ステナイト相を含む加工誘起変態型高強度材料がある。冷間引き抜きのような加工の場合、オ−ステナイト相は加工誘起により硬質マルテンサイト相へと変態し、局部くびれが抑制され強度の増加とともに延性が向上する。オ−ステナイト相の体積率が５％未満では高い外周長リダクションおよび高い減面率での冷間引き抜き時に材料の破断が発生する可能性ある。オ−ステナイト相の体積率が５％以上では外周長リダクションおよび高い減面率での冷間引き抜き時に材料が破断することなく、正方断面角鋼管の高強度化およびコ−ナ−Ｒを小さくし、寸法精度が良好となる。
【００２０】
次にオ−ステナイト相を体積率で５％以上含み、且つ５９０ＭＰａ以上の引張強さの  丸鋼管の製造方法について説明する。はじめに、化学成分の限定理由について説明する。
【００２１】
Ｃは室温でのオ−ステナイトを安定化させ、室温で残留させるために利用するための重要な元素である。Ｃ量が０．０５％未満では最終的に得られるオ−ステナイト相の体積率が５％未満であり、良好な延性が得られない。Ｃ量が増加するに従い、得られるオ−ステナイト相の体積率は増加するが、部品として組み立てる時の他部材との溶接性が劣化してしまう。従って、Ｃ量は０．０５〜０．５０％以下とした。
【００２２】
Ｓｉはセメンタイトなどの炭化物の生成を抑制し、オ−ステナイト中へのＣの濃化を促進し、オ−ステナイトを室温で残留させるために利用するための重要な元素であり、Ｓｉ量は０．５％以上必要である。しかし、過剰にＳｉを添加すると鋼の脆化をまねき、延性と強度バランスを劣化させる。従って、Ｓｉ量は０．５〜３．０％以下とした。
【００２３】
ＭｎはＣと同様にオ−ステナイト安定化元素であって、オ−ステナイト相の体積率を室温で５％以上含むようにするためのＭｎ量は０．５％以上必要である。しかし、過剰にＭｎを添加すると材料の延性が劣化する。従って、Ｍｎ量は０．５〜３．０％以下とした。
【００２４】
ＳはＭｎＳを形成し、靭性および加工性を低下する元素である。特に、高強度とした場合、靭性および加工性の劣化の影響が強く現れやすい。そのため可能なかぎり低くする必要がある。従って、Ｓ量は０．００５％以下とした。
【００２５】
Ｐは鋼の強化のために有効であるが、０．１５％超えて過剰に添加すると、部品として組み立てる時の他部材との溶接性が劣化してしまう。従って、Ｐ量は０．１５％以下とした。
【００２６】
Ａｌは脱酸のために必要であるが、０．００５％未満ではその効果がない。一方、Ａｌは０．１００％超えて過剰に添加するとＡｌ2Ｏ3を中心とした脱酸生成物の残存する量が増え加工性が劣化する。従って、Ａｌ量は  ０．００５〜０．１００％以下とした。
【００２７】
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕは強化元素であり、必要に応じて０．０５％以上添加する。過剰の添加はコストアップや延性の劣化をまねくことから上限を２．００％とした。
【００２８】
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂは炭化物、窒化物もしくは炭窒化物を形成することによって鋼中の固溶窒素を固定し、時効による延性の劣化を防ぐために有効な元素である。また、鋼を高強度化するためには有効な元素である。一方、過剰の添加は結晶粒内もしくは粒界に多量の炭化物、窒化物もしくは炭窒化物として析出して、延性を劣化させてしまう。時効による延性の劣化を防ぐためにはＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂのうち一種以上添加することが必要である。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは０．００１〜０．２００％とし、Ｂは０．０００５〜０．００３０％とした。これら元素の添加量が上記下限値未満であると、鋼中の固溶窒素を窒化物、炭窒化物の形成により固定することができない。また、これら元素の添加量が上記上限値を超えると、結晶粒内もしくは粒界に多量の炭化物、窒化物もしくは炭窒化物として析出して、延性を劣化させることとなり、好ましくない。
【００２９】
Ｃａは介在物制御のほか脱酸に有効な元素で、適量の添加は加工性を向上させるが、過剰の添加は逆に材料の脆化をまねく。従って、必要に応じてＣａ量は０．０００２〜０．００２０％以下とした。
【実施例】
【００３０】
自動車の側面衝突において、車両内の乗員の安全を確保するための自動車用強度部材としては、特に衝突初期の曲げ反力が重要であることから、曲げ反力を動的に調べることを行った。衝撃曲げ試験条件は、曲げスパン長さ７００ｍｍ、部材の衝突速度は４．４３ｍ／ｓである。
【００３１】
図３に角管の断面形状を示す。
【００３２】
表１に各種の本発明法と従来法で製造した正方断面角鋼管の形状および特性を示す。鋼成分として表３の記号１に示すものを用いた。従来のドアガ−ドバ−は１４７０ＭＰａ級丸鋼管（φ３５．０×ｔ２．３ｍｍ）が使用されていることから、この丸鋼管に対する衝突初期の曲げ反力の上昇率、重量比を比較している。本発明例の１〜４材は比較材である５〜８に比較して、衝突初期の曲げ反力が高い。本発明例の４材は比較材と比べて重量は重いが、衝突初期の曲げ反力は高い。これに対して、比較材である５、７材は衝突初期の曲げ反力が低くおよび重量が重い。一方、比較材６は引き抜きによる外周長リダクションが４０％を超えるため破断してしまう。また、比較材８は引き抜き前の丸鋼管の引張強さが高く、引き抜き時の丸鋼管の延性不足により破断してしまう。
【００３３】
表２に各種の本発明法と従来法で製造した正方断面角鋼管の形状および特性を示す。鋼成分として表３の記号１に示すものを用いた。表２は引き抜き前後の材料の減面率で示している。
【００３４】
表３に化学成分を示す。記号１〜６は本発明例であり、記号７〜１０は比較例である。
【００３５】
表４に各種の本発明法と従来法で製造した引き抜き前の丸鋼管および引き抜き後の正方断面角鋼管の形状および特性を示す。ここで引き抜き前の丸鋼管のオ−ステナイト相の体積率は熱処理後の鋼管の肉厚１／４よりＸ線回折用の試験片を採取し、Ｘ線回折法によりオ−ステナイト相の体積率を測定した。オ−ステナイト相の体積率が５％以上生成している引き抜き前の丸鋼管は引張強さが高いにもかかわらず引き抜き時に破断せずに、引き抜き後の角鋼管の引張強さも高い。オ−ステナイト相の体積率が５％未満の引き抜き前の丸鋼管は引張強さが高いときは引き抜き時の延性不足により破断してしまう。
【００３６】
【表１】
2006315045.tif 000003
【００３７】
【表２】
2006315045.tif 000004
【００３８】
【表３】
2006315045.tif 000005
【００３９】
【表４】
2006315045.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】衝撃曲げにおける角管および丸管の変位と曲げ反力曲線を示す図である。
【図２】丸鋼管から正方断面角鋼管に冷間引き抜きする方法を示す図である。
【図３】角管の断面形状を示す図である。
【図１】
2006315045.tif 000007
【図２】
2006315045.tif 000008
【図３】
2006315045.tif 000009