(57)【要約】【課題】特定の方向から衝撃を受ける鋼部材であって、衝撃特性に優れた鋼部材を提供する。【解決手段】衝撃方向２のランクフォード値が１．０以上となることを特徴とする衝撃特性に優れた鋼部材。衝撃方向２のランクフォード値が平均ランクフォード値より０．２以上高い値となることを特徴とする衝撃特性に優れた鋼部材。衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４であれば、衝撃方向２は鋼部材１の軸方向４となる。衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４と直角の方向であれば、衝撃方向２は鋼部材１の周方向５となる。鋼部材１を構成する圧延鋼板１１の圧延方向１８を鋼部材１の軸方向４に対して斜めとすることにより、衝撃方向２のランクフォード値を高い値とすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃方向のランクフォード値が１．０以上となることを特徴とする衝撃特性に優れた鋼部材。
【請求項２】
衝撃方向のランクフォード値が平均ランクフォード値より０．２以上高い値となることを特徴とする衝撃特性に優れた鋼部材。
【請求項３】
衝撃を受ける方向が前記鋼部材の軸方向であり、前記衝撃方向が前記鋼部材の軸方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃特性に優れた鋼部材。
【請求項４】
衝撃を受ける方向が前記鋼部材の軸方向と直角の方向であり、前記衝撃方向が前記鋼部材の周方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃特性に優れた鋼部材。
【請求項５】
鋼部材を構成する圧延鋼板の圧延方向は鋼部材の軸方向に対して斜めであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の衝撃特性に優れた鋼部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の方向から衝撃を受ける鋼部材であって、衝撃特性に優れた鋼部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体を構成する各鋼部材は、衝突安全性を確保するために高い剛性強度が要求される。一方、自動車の燃費改善のため、あるいは走行性能の向上のためには、車体の軽量化が必要とされる。部材の剛性を向上するためには、部材を構成する素材の厚肉化が有効であるが、逆に軽量化のためには部材の薄肉化が必要である。
【０００３】
自動車の衝突安全性の更なる向上と車体軽量化の両立をはかるために、車体構造ならびに新材料の研究・開発が進められている。衝突安全の観点からみた車体の構造要件では、客室は変形を最小限に止めて乗員の生存空間を確保する強固な構造とされ、客室以外は変形により効率よく衝突エネルギを吸収する構造とされる。そこで、車体構造部材のなかでも、エネルギ吸収部材としての役割を兼ねたフロントサイドメンバなどの鋼部材については、エネルギ吸収特性の最適化を図ることによって衝撃特性を向上することが重要となる。従来は、素材の高強度化や部材形状の工夫によって、剛性の向上と軽量化との両立がなされてきた。
【０００４】
特許文献１においては、優れた曲げ強度と吸収エネルギー特性を発揮することができ、しかも軽量化も図ることができる自動車用構造部材として、引張強さが１４００Ｍｐａ以上、伸び率が５％以上で断面形状が閉断面構造の高張力鋼管で形成され、長手方向の最大寸法をａ、これと直角方向の最大寸法をｂ、外周長さをＬ、肉厚をｔとした場合に、断面形状が０．６５≦ｂ／ａ≦０．７５、０．０１４≦ｔ／Ｌ≦０．０２０を満足するものであり、車体に取り付けた場合に部材断面形状において前記長手方向が側面衝突方向と一致するように配置される部材が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２４８９４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
材料の高強度化及び形状の最適化により、上記のように衝突安全性の向上と部材の軽量化との両立が図られているが、さらなる衝突安全性の向上と部材の軽量化とが求められている。本発明は、より一層衝撃特性に優れた鋼部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
圧延鋼板が有する材質のうちには、異方性を有するものがある。また、自動車の車体を構成する部材は、衝撃を受ける方向が特定の方向に限定されるものが多い。材質の異方性と衝撃を受ける方向とをうまく組み合わせることにより、従来と同じ材質、同じ形状の部材であっても、衝撃特性を向上させることが可能となることがある。本発明は以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
【０００８】
（１）衝撃方向２のランクフォード値が１．０以上となることを特徴とする衝撃特性に優れた鋼部材。
（２）衝撃方向２のランクフォード値が平均ランクフォード値より０．２以上高い値となることを特徴とする衝撃特性に優れた鋼部材。
（３）衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４であり、衝撃方向２が鋼部材１の軸方向４であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の衝撃特性に優れた鋼部材。
（４）衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４と直角の方向であり、衝撃方向２が鋼部材１の周方向５であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の衝撃特性に優れた鋼部材。
（５）鋼部材１を構成する圧延鋼板１１の圧延方向１８は鋼部材１の軸方向４に対して斜めであることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の衝撃特性に優れた鋼部材。
【０００９】
【発明の実施の形態】
自動車の車体を構成する鋼部材１であって、耐衝撃特性を要求される部材については、図２に示すように、その部材の断面形状が円筒形状のもの（図２（ａ））、角筒形状のもの（図２（ｂ））、断面Ｃ字形状のもの（図２（ｃ））、断面コの字形状のもの（図２（ｄ））、断面Ｘ字形状のもの（図２（ｅ））など、種々の形状が用いられる。これら形状の部材について、断面形状が定義できる面と垂直な方向を軸方向４とすることができる。軸方向４が直線ではなく、曲線状であっても良い（図２（ｆ））。また、断面形状（断面の大きさや形）が軸方向４に変動する形状であっても良い（図２（ｆ））。
【００１０】
図１に示すように、鋼部材１が衝撃を受ける方向３としては、第１に鋼部材１の軸方向４に衝撃を受ける部材がある（図１（ａ））。フロントサイドメンバ等が該当する。第２に、鋼部材１の軸方向４に直角の方向が衝撃を受ける方向３である部材がある（図１（ｂ））。ドアガードバー、センターピラー等が該当する。
【００１１】
鋼部材３が特定の方向から衝撃を受けたときに、鋼部材を構成する材料の各部において「衝撃方向２」を定義することができる。例えば、図１（ａ）に示すように衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４であれば、衝撃方向２も同様に鋼部材１の軸方向４となる。また、鋼部材１の断面形状が筒状、Ｃ字状、コの字状などのように「周方向５」を定義できる形状であって、かつ図１（ｂ）に示すように衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４と直角の方向であれば、衝撃方向２は鋼部材１の周方向５となる。鋼部材１が上記特定の方向から衝撃を受けたとき、鋼部材１を構成する材料が衝撃を吸収するのは主に上記「衝撃方向２」においてであり、衝撃方向２の耐衝撃特性が優れた材料を用いていれば、衝撃方向以外の方向における耐衝撃特性がそれよりも程度が低いという異方性を有していても、鋼部材１は優れた衝撃特性を実現することができる。
【００１２】
本発明においては、衝撃方向２のランクフォード値（以下「ｒ値」という。）が高い値であると、その鋼部材１の衝撃特性を優れたものとすることができる。
【００１３】
ランクフォード値（ｒ値）は以下のように定義される。
ｒ値＝ｌｎ（ｗ０／ｗ）÷ｌｎ（ｔ０／ｔ）
ｗ０、ｔ０：試験片の幅、厚さ
ｗ、ｔ：試験片にε％の伸びを与えたときの幅、厚さ
【００１４】
通常、圧延鋼板のｒ値は大きな異方性を有している。鋼板の平均ランクフォード値（以下「平均ｒ値」という。）が以下のように定義される。
平均ｒ値＝｛ｒＬ（圧延方向）＋ｒＣ（圧延方向に対して９０°方向）＋２ｒＤ（圧延方向に対して４５°方向）｝／４
【００１５】
鋼部材１の衝撃方向２において、以上のように定義されたｒ値が１．０以上であると、鋼部材１の衝撃特性として優れた特性を発揮することができる。また、鋼部材１の衝撃方向２において、ｒ値が平均ｒ値より０．２以上高い値であるときに、鋼部材１の衝撃特性として優れた特性を発揮することができる。衝撃方向２のｒ値が平均ｒ値より０．４以上高い値であるとより好ましい。
【００１６】
図３に示すように圧延鋼板１１から鋼部材１の素材を切り出すに際し、鋼部材１の衝撃方向２となる方向がｒ値の高い方向となるように採片を行えば、その素材を用いて製造した鋼部材１は、衝撃方向２のｒ値として本発明の特性を有するものとすることができる。衝撃方向２が鋼部材１の軸方向４である場合には、軸方向４と圧延鋼板１１のｒ値が高い方向とが一致するように斜めの方向に素材を切り出す。衝撃方向２が鋼部材１の周方向５である場合には、周方向５と圧延鋼板１１のｒ値が高い方向とが一致するように斜めの方向に素材を切り出す。
【００１７】
鋼部材１の形状が円筒形状であるような場合を例にとって、衝撃方向２のｒ値が１．０以上である鋼部材を製造する際の本発明について説明を行う。
【００１８】
衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４であり、衝撃方向２が同じく軸方向４である場合には、円筒形状の鋼部材１を製造する方法としては、圧延鋼板１１を管状に成形するに際し、１．０以上のｒ値を有する方向と図３に示す切り出し方向１４とが一致するように所定の幅と長さの薄鋼板１２を切り出し、切り出し方向１４と鋼管の軸方向４が一致するように造管することである。
【００１９】
本発明は、圧延方向１８のｒ値が１．０以下の圧延鋼板１１を用いた鋼部材１において特に有効である。圧延方向１８のｒ値が１．０以下であっても、ｒ値の面内異方性のため、圧延鋼板の圧延方向１８に対して斜めに切り出すことによって切り出し方向１４のｒ値を１．０以上とすることが可能である。また、圧延方向１８のｒ値が１．０以下であれば、鋼板を安価に製造することができる。同じく、平均ｒ値が１．０以下の鋼板を用いた場合においても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
圧延方向１８のｒ値が高い薄鋼板を製造するためには冷延前の熱間圧延条件を定め、冷延の圧下率をある特定の範囲、例えば７０〜８０％にし、添加元素を用いて集合組織の改善を行うなどの工夫を必要としている。本発明は、従来は鋼部材１の軸方向４としていた圧延鋼板１１の圧延方向１８で高ｒ値が得られなかった多くの鋼種を用いた場合においても、軸方向４のｒ値が高い鋼部材１を提供することができる。
【００２１】
次に鋼部材１の軸方向４のｒ値が１．０以上を有する鋼部材１の製造方法について説明する。図３において、熱薄鋼板又は冷薄鋼板である圧延鋼板１１から、圧延鋼板でのｒ値が１．０以上を有する方向の角度１５を切り出し方向１４とし、所定の幅と長さの薄鋼板１２を切り出す。所定の幅と長さに切り出した鋼板１２はｒ値が１．０以上である切り出し方向１４が鋼部材１の軸方向４となるようにロールベンドおよびプレス成形により管状に成形し、突合せ部１７を接合して鋼部材１とする。接合方法としては、高周波誘導加熱方法、あるいはレーザ溶接方法を採用することができる。突合せ部１７の方向は軸方向４と一致する。
【００２２】
本発明において、切り出し方向１４を圧延方向１８とは異なる斜め方向とする理由は、所望のランクフォード値に合わせて所定の長さの鋼板を歩留まり良く効率的に板取りするためである。それによって、圧延方向に直角な方向から板取りするよりもより長い鋼管を得ることができるからである。
【００２３】
図３の例における本発明の鋼部材１は、圧延鋼板１１を管状に成形し、突合せ部７を接合した溶接鋼管である。突合せ部１７の方向は鋼管の軸方向４と一致している。鋼部材１を構成する圧延鋼板１１の圧延方向１８は軸方向４に対して斜めであるため、圧延方向と斜めのｒ値が１．０より大きい方向を軸方向４とすることができ、結果として軸方向４においてｒ値が１．０以上である。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４と直角の方向であり、衝撃方向２が鋼部材１の周方向５となる場合には、鋼部材１を製造する方法としては、圧延鋼板１１を管状に成形するに際し、１．０以上のｒ値を有する方向と切り出し方向１４に直角の方向とが一致するように所定の幅と長さの薄鋼板１２を切り出し、切り出し方向１４と鋼部材１の軸方向４が一致するように造管することである。これによって、鋼管の周方向５におけるｒ値を１．０以上とすることができる。
【００２５】
圧延鋼板１１から上記のように切り出した鋼板１２を用いてまず鋼管を形成し、その後この鋼管を素材としてハイドロフォーム加工を行えば、種々の形状を有する鋼部材１を形成することができる。鋼管の軸方向のｒ値が１．０以上となるように形成した鋼管においては、ハイドロフォーム加工性も優れているという特徴を有している。一方、圧延鋼板１１において、ｒ値が高い方向と直角の方向についても高いｒ値が得られる場合が多い。従って、鋼管の周方向５のｒ値が１．０以上となるように形成した鋼管においても、同時に鋼管の軸方向４のｒ値を高い値とすることが可能である場合が多く、そのような場合には同じくハイドロフォーム加工性が優れているという特徴を具備することができる。
【００２６】
【実施例】
図１（ａ）に示すような円筒形状の鋼部材１（直径６３．５ｍｍ、肉厚２．０ｍｍ）であって、衝撃を受ける方向３が鋼部材１の軸方向４であるような鋼部材１について、本発明を適用した。衝撃方向２も鋼部材１の軸方向４である。鋼部材１の素材として、平均ｒ値が１．２である圧延鋼板１１を用いた。この圧延鋼板１１は、圧延方向１８のｒ値が０．６、圧延方向１８から９０°の方向のｒ値が１．０、４５°の方向のｒ値が１．５であった。
【００２７】
本発明例１は、図３（ａ）に示すように切り出し角度１５を圧延方向１８から９０°の方向に鋼板１２を切り出し、本発明例２は斜めの方向の４５°の方向に切り出した。比較例３は切り出し角度１５を０°とした。その後、図３（ｂ）に示すように、切り出し方向１４が鋼部材１の軸方向４となるようにロールベンドおよびプレス成形により管状に成形し、突合せ部１７を接合して鋼部材１とした。接合方法としては、レーザー溶接方法を採用した。
【００２８】
このように成形した鋼部材１を用い、衝撃を受ける方向３を鋼部材の軸方向４となるように衝撃力を付与し、吸収エネルギーを比較した。エネルギー吸収量は衝撃時の時間毎での部材の反力と変形移動距離から吸収エネルギーを算出している。
【００２９】
吸収エネルギーは、比較例３と対比し、衝撃方向２のｒ値が１．０である本発明例１は５０％向上、衝撃方向２のｒ値が１．５である本発明例２は７５％の向上を実現することができた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、圧延鋼板から鋼部材の素材を切り出すに際して切り出し方向に配慮することにより、衝撃方向のｒ値が高い値となる鋼部材を形成し、鋼部材の衝撃特性を向上することを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼部材の衝撃を受ける方向及び衝撃方向について説明する斜視図であり、（ａ）は衝撃を受ける方向が鋼部材の軸方向である場合、（ｂ）は衝撃を受ける方向が鋼部材の軸方向に直角の場合である。
【図２】本発明を適用することのできる鋼部材の形状の例を示す斜視図であり、（ａ）は断面形状が円筒形状のもの、（ｂ）は角筒形状のもの、（ｃ）は断面Ｃ字形状のもの、（ｄ）は断面コの字形状のもの、（ｅ）は断面Ｘ字形状のもの、（ｆ）は軸方向が直線でなく、断面形状が軸方向に変動する例を示す図である。
【図３】本発明の鋼部材を形成する状況を示す斜視図であり、（ａ）は圧延鋼板から素材を切り出す状況を示す図、（ｂ）は切り出した素材を用いて鋼部材を成形する状況を示す図である。
【符号の説明】
１  鋼部材
２  衝撃方向
３  衝撃を受ける方向
４  軸方向
５  周方向
１１  圧延鋼板
１２  切り出した鋼板
１４  切り出し方向
１５  切り出し角度
１７  突き合せ部
１８  圧延方向
１９  曲げ加工
【図１】
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【図２】
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【図３】
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