(57)【要約】【課題】強度及び延伸率に優れて衝突性能の改善を図ることができるベイナイト鋼を提供する。【解決手段】本発明のベイナイト鋼は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０６〜０．１０％、シリコン（Ｓｉ）：０．０７〜０．１７％、マンガン（Ｍｎ）：１．４〜２．２％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１〜０．３％、クロム（Ｃｒ）：０．２８〜０．４８％、モリブデン（Ｍｏ）：０．０５〜０．２５％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．０５％、及び窒素（Ｎ）：０．０５〜０．０９％を含有し、残部として鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、炭素（Ｃ）：０．０６〜０．１０％、シリコン（Ｓｉ）：０．０７〜０．１７％、マンガン（Ｍｎ）：１．４〜２．２％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１〜０．３％、クロム（Ｃｒ）：０．２８〜０．４８％、モリブデン（Ｍｏ）：０．０５〜０．２５％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．０５％、及び窒素（Ｎ）：０．０５〜０．０９％を含有し、残部として鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物を含む、ベイナイト鋼。
【請求項２】
ベイナイト組織の相分率が７〜９％であることを特徴とする、請求項１に記載のベイナイト鋼。
【請求項３】
フェライトとオーステナイトのそれぞれのＴ１温度が交差する点の温度であるＴ０は７２２℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載のベイナイト鋼。
【請求項４】
降伏強度は４２０ＭＰａ以上であり、引張強度は６４０ＭＰａ以上であり、延伸率は２８．８％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のベイナイト鋼。
【請求項５】
重量％で、炭素（Ｃ）：０．０６〜０．１０％、シリコン（Ｓｉ）：０．０７〜０．１７％、マンガン（Ｍｎ）：１．４〜２．２％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１〜０．３％、クロム（Ｃｒ）：０．２８〜０．４８％、モリブデン（Ｍｏ）：０．０５〜０．２５％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．０５％、及び窒素（Ｎ）：０．０５〜０．０９％を含有し、残部として鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物を含むベイナイト鋼から構成された車体部品と、
前記車体部品の表面に接続され、強化繊維及び樹脂から構成された複合材材質の補強パッチとを含んでなる、車体。
【請求項６】
車体部品は、サイドシル、クロスメンバー、ルーフレール、センターピラー及びフロントピラーの少なくとも一つを含み、
補強パッチは、衝突時に一次的に衝突エネルギーを吸収するように車体部品の外部露出面に付着したことを特徴とする、請求項５に記載の車体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度及び延伸率に優れ、衝突性能の改善を図ることができるベイナイト鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）などの複合材からなる補強材をスチール材質の車体部品に適用する場合、補強材が先に衝突を阻止した後、スチール材質の車体部品が残余衝突エネルギーを阻止する構造が求められる。
【０００３】
スチール材質の車体部品に用いられるＤＰ（Ｄｕａｌ  Ｐｈａｓｅ）鋼は、硬いマルテンサイト組織が軟らかいフェライト組織に分散している形態である。残余衝突エネルギーの効果的な阻止のためには、強度だけでなく、靭性が向上した特性の鋼が求められる。そこで、本発明では、内部ストレス因子を減少させるとともに鋼の強度を増大させるベイナイト組織が含まれている鋼を提供する。
【０００４】
前述の背景技術として説明された事項は、本発明の背景に対する理解増進のためのものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者に公知の従来技術に該当することを認めるものと受け入れられてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２０１４−００１４２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、強度及び延伸率に優れ、衝突性能の改善を図ることができるベイナイト鋼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明に係るベイナイト鋼は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０６〜０．１０％、シリコン（Ｓｉ）：０．０７〜０．１７％、マンガン（Ｍｎ）：１．４〜２．２％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１〜０．３％、クロム（Ｃｒ）：０．２８〜０．４８％、モリブデン（Ｍｏ）：０．０５〜０．２５％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．０５％、及び窒素（Ｎ）：０．０５〜０．０９％を含有し、残部として鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物を含む。
【０００８】
ベイナイト組織の相分率は７〜９％であることが好ましい。
【０００９】
フェライトとオーステナイトのそれぞれのＴ１温度が交差する点の温度であるＴ０は７２２℃以下であることが好ましい。
【００１０】
降伏強度は４２０ＭＰａ以上であり、引張強度は６４０ＭＰａ以上であり、延伸率は２８．８％以上であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る車体は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０６〜０．１０％、シリコン（Ｓｉ）：０．０７〜０．１７％、マンガン（Ｍｎ）：１．４〜２．２％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１〜０．３％、クロム（Ｃｒ）：０．２８〜０．４８％、モリブデン（Ｍｏ）：０．０５〜０．２５％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．０５％、及び窒素（Ｎ）：０．０５〜０．０９％を含有し、残部として鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物を含むベイナイト鋼から構成された車体部品と、前記車体部品の表面に接続され、強化繊維及び樹脂から構成された複合材材質の補強パッチとを含んでなる。
【００１２】
車体部品は、サイドシル、クロスメンバー、ルーフレール、センターピラー及びフロントピラーの少なくとも一つを含み、補強パッチは、衝突時に一次的に衝突エネルギーを吸収するように車体部品の外部露出面に付着して衝突性能の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
上述したような本発明のベイナイト鋼によれば、強度及び延伸率に優れ、衝突性能の改善効果が期待できる。
【００１４】
これを車両に適用する場合、３０％程度の車体の軽量化が可能となり、その結果、１．５％程度の燃費向上が可能となり、部品の削除による工程減少及びコストダウン効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るベイナイト鋼のベイナイト組織を電子顕微鏡分析によって観察した写真である。
【図２】本発明に係るベイナイト鋼のベイナイト組織を電子後方散乱検出器によって観察した写真である。
【図３】フェライト及びオーステナイトのＴ１温度からＴ０温度が導出されるグラフである。
【図４】本発明に係るベイナイト鋼の熱処理過程を示すグラフである。
【図５】本発明に係る補強パッチと車体部品の成形過程を示す図である。
【図６】本発明に係る補強パッチ及び車体部品が適用された車体を示す図である。
【図７】本発明に係る車体の向上した衝突性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
本発明に係るベイナイト鋼は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０６〜０．１０％、シリコン（Ｓｉ）：０．０７〜０．１７％、マンガン（Ｍｎ）：１．４〜２．２％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１〜０．３％、クロム（Ｃｒ）：０．２８〜０．４８％、モリブデン（Ｍｏ）：０．０５〜０．２５％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．０５％、及び窒素（Ｎ）：０．０５〜０．０９％を含有し、残部として鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物を含む。
【００１７】
次に、本発明のベイナイト鋼において、鋼の成分条件を制限する理由について詳細に説明する。
【００１８】
［炭素（Ｃ）：０．０６〜０．１０％］
炭素（Ｃ）は、鋼の強度確保用元素であり、マルテンサイトの生成に影響を及ぼす。但し、含量が０．０６％未満である場合、炭化物の生成が減少して強度確保効果が大きくない。これに対し、含量が０．１０％超過である場合、高強度脆性が発生するおそれがあり、延伸率が低下する。よって、炭素（Ｃ）の含量を０．０６〜０．１０％の範囲に制限した。
【００１９】
［シリコン（Ｓｉ）：０．０７〜０．１７％］
シリコン（Ｓｉ）は、脱酸剤として添加される元素であり、炭素の活動度を増大させ、固溶強化役割をする。さらに、シリコンは、浸炭阻害元素であり、セメンタイトの形成を遅延させる。但し、含量が０．０７％未満である場合、脱酸剤としての効果が微々たるものであり、強度確保効果が大きくない。これに対し、含量が０．１７％超過である場合、靭性及び焼入性が低下し、ベイナイト分率が減少する。よって、シリコン（Ｓｉ）の含量を０．０７〜０．１７％の範囲に制限した。
【００２０】
［マンガン（Ｍｎ）：１．４〜２．２％］
マンガン（Ｍｎ）は、鋼の強度確保用元素であり、焼入性及び溶接性を向上させる。但し、含量が１．４％未満である場合、強度確保効果及び溶接性向上効果が大きくない。これに対し、含量が２．２％超過である場合、むしろ機械的物性が低下する。よって、マンガン（Ｍｎ）の含量を１．４〜２．２％の範囲に制限した。
【００２１】
［ニッケル（Ｎｉ）：０．１〜０．３％］
ニッケル（Ｎｉ）は常温／低温での耐衝撃性を増大させる。含量が０．１％未満である場合、靭性が低下し、耐衝撃性の増大効果が大きくない。これに対し、含量が０．３％超過である場合、マルテンサイトの増大により、強度は増大するものの、靭性は低下する。よって、ニッケル（Ｎｉ）の含量を０．１〜０．３％の範囲に制限した。
【００２２】
［クロム（Ｃｒ）：０．２８〜０．４８％］
クロム（Ｃｒ）は、析出する炭化物を増大させ、セメンタイトの形成を増大させる。さらに、クロムは高温安定性を拡大させる元素である。含量が０．２８％未満である場合、硬度を低下させ、析出する炭化物の増大効果が大きくなく、焼入性の改善が微々たるものである。これに対し、含量が０．４８％超過である場合、靭性が低下し、ベイナイト分率が減少し、粒界酸化が容易になる。よって、クロム（Ｃｒ）の含量を０．２８〜０．４８％の範囲に制限した。
【００２３】
［モリブデン（Ｍｏ）：０．０５〜０．２５％］
モリブデン（Ｍｏ）は耐脆性、耐食性及び耐熱性を向上させる。さらに、モリブデンは、炭化物を増大させ、切削性を向上させる元素である。但し、含量が０．０５％未満である場合、耐脆性の向上効果及び炭化物増大効果が大きくなく、強度が低下する。これに対し、含量が０．２５％超過である場合、延伸率が低下し、ベイナイト分率が減少する。よって、モリブデン（Ｍｏ）の含量を０．０５〜０．２５％の範囲に制限した。
【００２４】
［アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．０５％］
アルミニウム（Ａｌ）は脱酸剤及び脱窒化剤として添加される元素である。さらに、アルミニウムは、耐変形性及び耐熱性を向上させ、組織を微細化させる。但し、含量が０．０１％未満である場合、耐変形性の向上効果が大きくなく、脱酸剤としての効果が微々たるものである。これに対し、含量が０．０５％を超える場合、延伸率が低下し、ベイナイト分率が減少し、介在物の生成により疲労耐久性が低下する。よって、アルミニウム（Ａｌ）の含量を０．０１〜０．０５％の範囲に制限した。
【００２５】
［窒素（Ｎ）：０．０５〜０．０９％］
窒素（Ｎ）は、靭性を低下させ、強度及び高温物性を向上させる元素である。さらに、窒素はオーステナイトの範囲を拡大させる。但し、含量が０．０５％未満である場合、延伸率が低下し、強度向上効果が大きくない。これに対し、含量が０．０９％超過である場合、マルテンサイト分率を増大させる。よって、窒素（Ｎ）の含量を０．０５〜０．０９％の範囲に制限した。
【００２６】
ベイナイトは、鋼からパーライト生成温度とマルテンサイト生成温度との中間温度範囲で過冷オーステナイトが分解する変態により生じた組織である。ベイナイトは、本質的にフェライトと炭化物との混合組織であって、内部ストレス因子を減少させるとともに鋼の強度を増大させる。ベイナイトは、炭素（Ｃ）、ニッケル（Ｎｉ）、窒素（Ｎ）によって影響を受ける。よって、微細な組成範囲の違いによりベイナイト組織の相分率が変化できる。このようなベイナイト組織は図１及び図２を介して観察することができる。
【００２７】
これにより、鋼に硬いベイナイト組織を含ませて靭性と強度を同時に向上させることができる。好ましくは、ベイナイトの相分率は７〜９％であることが妥当である。ベイナイトの相分率が７％未満である場合、延伸率が約２５％以下に低下し、物性値が既存材と同等レベルとなって開発の意味がなくなる。これに対し、ベイナイトの相分率が９％を超える場合、後述するフェライトとオーステナイトのそれぞれのＴ１温度が交差する点の温度であるＴ０が上昇し、延伸率は良くなるが、降伏強度、引張強度が低下するという問題が発生する。よって、ベイナイトの相分率を７〜９％に限定した。
【００２８】
上述したように、Ｔ０温度は、フェライトとオーステナイトのそれぞれのＴ１温度が交差する点の温度である。図３のグラフから分かるように、合金成分系の設計によりＴ０温度が低下するとき、変態が発生してこそ非拡散成長が可能となり、これにより延伸率及び靭性が増大することができる。これは、ベイナイト最低自由エネルギーがオーステナイト最低自由エネルギーよりも低いときに可能である。
【００２９】
Ｔ０温度の低下に影響を及ぼす元素である炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）の組成範囲を制限し、Ｔ０温度の上昇に影響及を及ぼす元素であるシリコン（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）の組成範囲を制限してＴ０温度を７２２℃以下に調節する場合、２８．８％以上の延伸率を持たせることが可能である。
【実施例】
【００３０】
（実施例及び比較例）
下記実施例及び比較例では、本発明に係るベイナイト鋼及び組成範囲を変えた鋼を、図４に示すように、オーステナイジング、ガスジェッティングし、ロールケンチングした後、オーバーエイジングして急冷（Ｒａｐｉｄ  ｃｏｏｌｉｎｇ）する熱処理過程を約５５０秒間行う。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
前記表１は、鋼を構成する成分の組成範囲及びベイナイト組織の相分率を調節した実施例及び比較例を示す表である。ベイナイト組織は電子顕微鏡分析器または電子後方散乱検出器を用いて観察した。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
前記表２は、実施例及び比較例のＴ０、降伏強度、引張強度及び延伸率を比較した表である。ＫＳ  Ｂ  ０８０１による標準引張試験片を用いてＫＳ  Ｂ  ０８０２に基づいて引張試験を実施した結果である。
【００３５】
比較例１及び比較例２は、実施例と比較して、炭素（Ｃ）の成分範囲に違いがある。これにより、比較例１の場合、実施例よりもＴ０が著しく高く、降伏強度及び引張強度が低い。比較例２の場合は、Ｔ０が実施例とほぼ同様のレベルであり、延伸率が実施例よりも低い。
【００３６】
比較例３及び比較例４は、実施例と比較して、シリコン（Ｓｉ）の成分範囲に違いがある。これにより、比較例３の場合、Ｔ０が実施例とほぼ同様のレベルであり、降伏強度、引張強度及び延伸率が実施例よりも低い。比較例４の場合は、実施例よりもＴ０が高く、延伸率が低い。
【００３７】
比較例５及び比較例６は、実施例と比較して、マンガン（Ｍｎ）の成分範囲に違いがある。これにより、比較例５の場合、実施例よりもＴ０が高く、延伸率が低い。比較例６の場合は、Ｔ０が実施例とほぼ同様のレベルであり、引張強度及び延伸率が実施例よりも低い。
【００３８】
比較例７及び比較例８は、実施例と比較して、ニッケル（Ｎｉ）の成分範囲に違いがある。これにより、比較例７の場合、実施例よりもＴ０が高く、引張強度及び延伸率が低い。比較例８の場合は、Ｔ０が実施例とほぼ同様のレベルであり、降伏強度及び延伸率が実施例よりも低い。
【００３９】
比較例９及び比較例１０は、実施例と比較して、クロム（Ｃｒ）の成分範囲に違いがある。これにより、比較例９の場合、実施例よりもＴ０が高く、降伏強度、引張強度及び延伸率が低い。比較例１０の場合は、Ｔ０が実施例とほぼ同様のレベルであり、延伸率が実施例よりも低い。
【００４０】
比較例１１及び比較例１２は、実施例と比較して、モリブデン（Ｍｏ）の成分範囲に違いがある。これにより、比較例１１の場合、実施例よりも降伏強度、引張強度及び延伸率が低い。比較例１２の場合は、実施例よりもＴ０が著しく高く、延伸率が低い。
【００４１】
比較例１３及び比較例１４は、実施例と比較して、アルミニウム（Ａｌ）の成分範囲に違いがある。これにより、比較例１３の場合、Ｔ０が実施例とほぼ同様のレベルであり、延伸率が実施例よりも低い。比較例１４の場合は、実施例よりもＴ０が高く、降伏強度、引張強度及び延伸率が低い。
【００４２】
比較例１５及び比較例１６は、実施例と比較して、窒素（Ｎ）の成分範囲に違いがある。これにより、比較例１５の場合、実施例よりも引張強度及び延伸率が低い。比較例１６の場合、実施例よりもＴ０が著しく高く、延伸率が低い。
【００４３】
実施例１〜実施例３、実施例４及び実施例５は、ベイナイト組織の相分率において違いがある。実施例４の場合、ベイナイト組織の相分率が実施例１〜実施例３よりも低いため、延伸率が低い。実施例５の場合は、ベイナイト組織の相分率が実施例１〜実施例３よりも高いため、降伏強度及び引張強度が低い。
【００４４】
本発明に係る衝突性能が向上した車体は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．０６〜０．１０％、シリコン（Ｓｉ）：０．０７〜０．１７％、マンガン（Ｍｎ）：１．４〜２．２％、ニッケル（Ｎｉ）：０．１〜０．３％、クロム（Ｃｒ）：０．２８〜０．４８％、モリブデン（Ｍｏ）：０．０５〜０．２５％、アルミニウム（Ａｌ）：０．０１〜０．０５％、及び窒素（Ｎ）：０．０５〜０．０９％を含有し、残部として鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物を含むベイナイト鋼から構成された車体部品１００と、前記車体部品１００の表面に接続され、強化繊維及び樹脂から構成された複合材材質の補強パッチ２００とを含んでなる。
【００４５】
好ましくは、車体部品１００は、サイドシル、クロスメンバー、ルーフレール、センターピラー及びフロントピラーの少なくとも一つを含み、補強パッチ２００は、衝突時に一次的に衝突エネルギーを吸収するように車体部品１００の外部露出面に局部的に接続できる。
【００４６】
本発明に係るベイナイトで構成された車体部品１００は、延伸率に優れ、衝突性能が向上した効果を期待することができる。一方、このような車体部品１００の衝突性能を倍増させるために、車体部品１００の表面に補強パッチ２００を接続することができる。補強パッチ２００は、強化繊維及び樹脂からなる複合材材質で形成されるが、強化繊維は炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維及び天然繊維の少なくとも一つを含む。但し、これに限定されない。樹脂は、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の少なくとも一つを含む。但し、これに限定されない。
【００４７】
図５に示すように、本発明に係るベイナイト鋼で構成された車体部品１００の表面上に複合材材質の補強パッチ２００を載せた後、金型内に定着させ、加圧・加熱することにより、表面に補強パッチ２００が補強された車体部品１００を一体に成形することができる。
【００４８】
あるいは、金型を用いて別個に補強パッチ２００を成形し、成形された補強パッチ２００を接着剤を用いて車体部品１００の表面に付着させる方法で補強する方法も存在する。
【００４９】
好ましくは、補強パッチ２００の強化繊維は、ＵＤ（Ｕｎｉ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）またはＮＣＦ（Ｎｏｎ  Ｃｒｉｍｐ  Ｆａｂｒｉｃ）形態の織物シートで構成されるが、織物シート状の強化繊維が０°、９０°、０°方向に配列方向を変えながら積層されることにより、衝突性能をさらに向上させることが可能である。
【００５０】
図６において、太い線で表示された部分のように、車体部品１００は、向上した衝突性能が要求されるサイドシル、クロスメンバー、ルーフレール、センターピラー及びフロントピラーなどの車体部品１００でありうる。但し、これに限定されない。このとき、補強パッチ２００は、衝突時に一次的に衝突エネルギーを吸収して先に破断が起こることにより、車体部品１００側に伝達される衝突エネルギーを最小化させることが妥当である。
【００５１】
よって、補強パッチ２００は、衝突時に一次的に衝突エネルギーを吸収するように車体部品１００の外部露出面に付着し、車体部品１００側に伝達される衝突エネルギーを最小化させることができる。
【００５２】
図７は引張試験の結果を示すグラフであって、面積は衝突性能を意味する。図７からも確認できるように、約０．８９ｍｍまでは２５．４ｋＮの強度だけＣＦＲＰからなる補強パッチ２００が先に衝突エネルギーを吸収し、補強パッチ２００に破断が起こると、その以降からは本発明に係るベイナイト鋼で構成された車体部品１００が衝突エネルギーを吸収する。図７の増大した面積は既存材よりも向上した衝突性能を意味する。
【００５３】
結果として、既存材を用いる場合よりも、強度が約５％増大したとともに、延伸率が約２２％程度増大して衝突性能は２０％以上改善された。
【００５４】
これにより、車体部品１００の約３０％程度の軽量化が可能となり、その結果、１．５％程度の燃費向上を期待することができ、部品削除によって工程を減少し、コストを節減することができる。
【００５５】
本発明は特定の実施例に関連して図示及び説明したが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を逸脱しない範疇内において、本発明に多様な改良及び変更を加え得るのは、当業界における通常の知識を有する者にとって自明であろう。
【符号の説明】
【００５６】
１００    車体部品
２００    補強パッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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