(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管を液圧成形して形成された部材であって、質量百分率にて、
Ｃ  ：０．０５〜０．３０％、
Ｓｉ：０．５〜３．０％、
Ｍｎ：０．５〜２．５％
を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物から成り、残留オーステナイト相が体積百分率にて０．２５％以上、同相から応力誘起されたマルテンサイト相が体積百分率にて２．２５％以上有することを特徴とする静粛性に優れた自動車構造用鋼製部材。
【請求項２】
上記部材に、さらに質量百分率で、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ及びＮｂのうちの１種または２種以上を合計で３％以下含有することを特徴とする請求項１記載の静粛性に優れた自動車構造用鋼製部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の車体を構成する構造用鋼製部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の軽量化や高剛性化が追求される過程で、従来は板材を曲げ加工などした後、それら同士を、またはそれらと平板とをスポット溶接などによって接合し閉断面を有する形状にしていたような部材に代えて、液圧成形加工法によって管材から直接作製しようとする試みが盛んに行われるようになってきた。
【０００３】
その加工方法は、金属製の管を所定の金型にて保持した後、内部に液体を満たし、その液体の圧力を必要な値に制御することによって、あるいはそれに加えて、管の端面を押し込んで行くことによって所望の形状に膨出成形するものであり、液圧バルジ加工、または、ハイドロフォーム加工と呼ばれることが多い。
【０００４】
ところで、こうした加工方法によって作製された部材（模式図を図１に示す）を従来の溶接組み立て型の部材（組立て前の部品構成として図２に模式的に示す）と比較すると、部材中における異なる素材同士の接合界面における不連続線の存在によってその伝播が遮られていた振動が、不連続線が存在しない構造となったことで伝播するようになり、これに起因して、こうした部材を用いて組み立てられた自動車の静粛性を損なうという問題が新たに見出されるに至った。
【０００５】
自動車における静粛性は「快適さ」の重要な指標として旧来より重んじられており様々な対策が取られてきた。例えばゴムやウレタン、発砲スチロールなどを要所要所に添付充填する方法などがそれである。
しかしながら、こうしたゴムなどの物質は自動車の使用期間中は有用な機能を発揮するものの、廃車された後の解体時には分別が容易ではなく結果的にいわゆるシュレッダーダストとして処理せざるを得ないものであるから可能な限りその使用は抑制したいところである。
【０００６】
そこで、発生した振動をゴムなどで吸収させるのではなく、鋼などの素材自体に振動（あるいは騒音）抑制機能を持たせることによってこうした問題の解決を図ろうとする方法が提案されている。
例えば特開平６−１７６４７号公報には、Ｃｒを重量％で７．５％以上２５％未満含有する鋼板を用いてエキゾーストマニホールドを作製した後、取り付けたエンジンの排気ガスの熱による再結晶温度以上の熱処理を施すことによって静粛性に優れたエキゾーストマニホールドを得る製造方法が開示されている。
【０００７】
また、特開平８−１２７８４７号公報には、化学成分、ミクロ組織、最終焼鈍後の粒度番号、および累積歪を適切に組み合わせることによってエキゾーストマニホールド、フロントパイプ、マフラーなどの静粛性を改善する技術が記載されている。
【０００８】
更には、化学成分や中間加工後の浸炭冷却処理などを制御して歯車などの部品形状の高精度化を図ることによって静粛性を向上させる方法が特開平８−６０２３６号公報に述べられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、自動車構成部材のうち、エキゾーストマニホールドなどの排気系や歯車などの駆動系に関しては静粛性を高める手段が提案されているものの、構造用部材、中でも液圧成形によって作られた閉断面を有する部材の静粛性について検討した例は見当たらない。
【００１０】
上記特開平６−１７６４７号公報、および、特開平８−１２７８４７号公報ではエキゾーストマニホールドなどの鋼管を素材とする部材について検討されているものの、Ｃｒを７．５％または１０％以上含有するフェライト系ステンレス鋼に関する記載しかなされていない。また特開平８−６０２３６号公報においても構造用部材については触れられていない。
【００１１】
そこで本発明者らはこのような状況に鑑み、どのような特徴を有する部材であれば静粛性に優れるのかを詳細に検討し、素材となる鋼管の化学成分のみならず、液圧成形後の部材中の残留オーステナイト相、および同相から応力誘起されたマルテンサイト相の体積率が適切な範囲に制御されていれば部材として優れた静粛性を有していることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、
（１）  鋼管を液圧成形して形成された部材であって、質量百分率にて、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜２．５％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物から成り、残留オーステナイト相が体積百分率にて０．２５％以上、同相から応力誘起されたマルテンサイト相が体積百分率にて２．２５％以上有することを特徴とする静粛性に優れた自動車構造用鋼製部材。
（２）  上記部材に、さらに質量百分率で、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ及びＮｂのうちの１種または２種以上を合計で３％以下含有することを特徴とする請求項１記載の静粛性に優れた自動車構造用鋼製部材である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
自動車部材の静粛性の評価には統一的な基準もなく、また乗員（使用者）の感覚に依存する要素も含まれている。そこで、まず、部材単体の静粛性を定量する方法について検討を行った。その結果、図３にその構成を模式的に示す方法を用いることとした。すなわち、一対のＶブロック３１上に被検体３２を設置し、被検体３２の管軸方向の中央部上方５０ｃｍから４．１ｇの鋼球３３を落下させ、その際の発生音Ｓ（dB）を、管軸中心線３４を含む水平面（図示せず）と管軸中心軸３４と直角で鋼球３３が落下する軌跡３５を含む鉛直面（図示せず）の交線３６上で、管軸中心線３４から１ｍ離れた位置に設置したマイクロフォン３７で測定し、液圧成形を行っていない同一条件の素管に対して行った同様の測定結果ＳO （dB）との変化率（ＳO −Ｓ）／ＳO を以って静粛性とするというものである。なお被検体を載せたＶブロック３１はブチルゴム製のベース３８の上に置かれ、かつ、いずれの測定も無響室内にて行うこととした。
【００１４】
次に、本発明を見出すに至った実験について説明する。
まず、質量百分率でＣ：０．１４％、Ｓｉ：１．９０％、Ｍｎ：１．９２％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物から成る鋼を常法に基づいて１．４mmの冷延鋼板とした。これを８２５℃に６０秒間保持した後、４００℃まで急冷し、引き続き同温度に１０秒間〜１０００秒間保持し、以後空冷した。次に所定の寸法に切断し、歪の導入が円周方向で出来るだけ均一となるように管形状（管の一部を含む）に加工した後、突き合わせ部をＴＩＧ溶接して６３．５φ×３００mmの短尺鋼管を多数作製した。
【００１５】
次いで、鋼板の熱処理条件が同じであった鋼管を複数本ずつ用意し、１本は残留オーステナイト相（以下、γR 相という）の体積率（以下、Ｖg という）の測定に供し、また、１本は未成形状態での発生音測定用とし、他は液圧成形に用いた。
【００１６】
液圧成形は、図４にその主要部分を模式的に示す装置を用いて行った。この金型装置は、拡管部を有する上金型４１と下金形４４、及び押込み用シリンダー４５からなり、上金型４１と下金形４４で鋼管４２を挟持し、押込み用シリンダー４５で鋼管４２を金形内に押し込みながら内圧を負荷し、拡管鋼管４３（被検体３）を成形した。すなわち金型形状は単純（全周方向）拡管型であり、シリンダーによる軸押し込み量は片側１０、２０、３０mmの三水準とし、内圧は軸押し込み量に比例して増加させた。最終負荷内圧を等間隔で段階的に高めていき管がバーストするまで行った。バーストした内圧よりも一段階低い圧力で成形された管を液圧成形された状態での発生音測定用とした。また発生音の測定後Ｖg の測定も行った。
【００１７】
このようにして、初期（未成形）状態において様々なＶg を有する被検体と成形後において様々なＶg を有する被検体を用意し、これらについて発生音を測定し、その比から静粛性を評価したところ、静粛性に有効な指標は成形後のＶg 及び成形前後におけるＶg の変化量であることを見出した。そして更に鋭意研究を行った結果、成形後の被検体中のＶg が０．２５％以上であり、かつ成形前に比べてそれが２．２５％以上減少している場合に優れた静粛性が達成されるとの結論を得、本発明を完成させた。なお成形によって減少したγR 相は応力誘起によってマルテンサイト相（以下、Ｍ相）に変態していると考えられるので、成形前後のＶg の変化量をＭ相の体積率（以下、ＶM ）と標記することとした。
【００１８】
以下に本発明の限定理由を述べる。
まず鋼材の化学成分について述べる。
Ｃは成形前の鋼中に室温でγR 相を存在させるために必須の元素である。成形後のＶg を０．２５％以上、かつＶM を２．２５％以上とするためには成形前の鋼管状態でのＶg は２．５％以上が必要となる。そのためには０．０５％以上のＣが必要であるのでこれを下限とする。一方、０．３０％超では溶接性を劣化させるのでこれを上限とする。
【００１９】
Ｓｉは脱酸元素として有効であり、かつ鋼の強化にも寄与する。しかし３．０％を超えて添加すると圧延が困難となるのでこれを上限とする。一方、本元素はオーステナイト相（以下、γ相）へのＣの濃化を促進することによってγ相の熱力学的安定性を高める。それにより成形後のＶg を必要量確保することが可能となるが、その効果は０．５％以上で有効となるので０．５％を下限とする。
【００２０】
Ｍｎは高強度化とγR 相の確保に必要な元素である。しかし０．５％未満では十分な効果が得られず、一方、２．５％を超えて添加しても材質の向上は見られず、むしろ溶接欠陥の原因となり得るのでこれを上限とする。
【００２１】
その他の添加元素のうちＣｒ、Ｎｉ、およびＭｏは、γ相の安定化に寄与するので成形前、および成形後のＶg の確保には有効な元素である。Ｃｕはγ相へのＣの濃化を助ける働きをする以外に強度調整用としても利用出来る。Ｔｉ、Ｎｂは炭化物の形成を通しての強度調整用に有効である。これらの元素は１種又は２種以上を合計で０．００５％以上含有することにより前記の効果を得ることができる。しかしこれらの元素の添加は製造コストを高めるのみならず、過剰な添加は延性の低下に繋がるので合計での上限を３％とする。
【００２２】
Ａｌは鋼の脱酸、脱窒に有効な元素であり、０．０９％以下含有しても良い。Ｐ、Ｓは不可避的不純物であり出来るだけ低濃度であることが望ましいが、その低減にはコストの上昇を伴なうので、それぞれ、０．２％以下，０．０５％以下に抑えれば良い。
【００２３】
鋼管の素材となる鋼板は室温でγR 相を有するものでなければならない。その製造条件はいわゆるＴＲＩＰ鋼の一般的な製造方法に準じて成されればよく、特に限定されるものではない。熱間圧延は、連続鋳造後直接、または、冷却再加熱後のいずれで為されてもよい。仕上圧延の終了温度（以下、ＦＴ）は、鋼板表層部が剪断変形を受けるのを避けるために出来ればＡｒ3 点以上とすることが望ましい。
【００２４】
熱間圧延材から鋼管を製造する場合には圧延終了から巻き取りまでの間の温度履歴を適宜制御し、造管時の成形で減ずる量を見込み、鋼管状態において少なくとも２．５％のＶg が確保出来るようにする。冷延鋼板を用いて鋼管を製造する場合には、酸洗後に冷間圧延する。
【００２５】
冷間圧延率は設備の能力と作業性を考慮して設定すればよく特に限定しない。望ましくは５０〜９０％とする。冷延板を熱処理してＶg を制御し必要量を確保する。必要量は個々の造管ラインでの歪付与条件によって異なるが、造管後に２．５％以上のＶg となるようにする点は熱延鋼板の場合と同様である。まずＡｃ1 点以上に加熱・保持し、次いでＭｓ点以下の適切な温度まで冷却後保持する。この過程における温度、保持時間、および加熱・冷却の速度は多くの組み合わせが考えられるが、その中から製造設備の能力に鑑み最も効率の良いものを選択すればよい。
【００２６】
鋼管原板を所定の寸法に切断後、シーム溶接して鋼管を製造する。この際、後の成形性を出来るだけ損なわないように局所的な変形を与えず造管することが望ましい。シーム溶接はどのような方法で行ってもよい。
一方、原板から鋼管を製造した後、管全体に対して熱処理を行い、γR 相を有する組織としても良い。また鋼管をシームレス圧延にて製造した後、熱処理する方法も可能である。
【００２７】
こうして製造された鋼管を液圧成形性して所定の形状に加工する。その条件、すなわち、型締め力、内圧、軸力、および軸押し込み量に付いては最終形状や成形装置の能力、仕様などを考慮し、Ｖg とＶM が所定量となるように決定すれば良い。
【００２８】
成形によってγR 相の一部はＭ相に変態し、成形された部材はフェライト相  （以下、α相）、Ｍ相、および、γR 相を主体としたものとなる。そのうちγR 相と同相から応力誘起されたＭ相の体積率が所定の条件を満たした場合に優れた静粛性が達成される理由は必ずしも明確ではないが、該部材中には強度の異なる組織が複合し、特にγR 相中に硬質なＭ相が応力に誘起される形で分散していることで、外部からの振動に対してγR 相とＭ相の界面、更にはそれらとα相の界面において塑性流動または粘性流動が引き起こされて振動のエネルギーが消費され、それが高い静粛性に結びついているものと推測される。
【００２９】
実施例にて改めて示すように、成形後のＶg が０．２５％以上であり、かつＶM が２．２５％以上の場合に優れた静粛性が得られる。一方、成形後のＶg 、およびＶM が過多であることによって静粛性が減ずる効果は認められないので、両者の上限は特に設けない。
【００３０】
【実施例】
本発明の実施例を比較例とともに説明する。
（実施例１）
Ｃ：０．１７％、Ｓｉ：１．９９％、Ｍｎ：１．７６％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．００２％、Ａｌ：０．０３９％を含有する鋼片を加熱して２．３mmに圧延した。その際、ＦＴと巻き取り温度（以下、ＣＴ）、およびその間の冷却速度を複数の組み合わせで行うことによって初期状態で異なるＶg を有する鋼板を作り分けた。それらを酸洗、スリットした後、６３．５mmφの電縫鋼管を作製した。
【００３１】
これらの鋼管の成形前Ｖg 、および発生音ＳO を既に述べたものと同じ方法で評価した。更に既に示した装置を用いて液圧成形に供した。軸押し込み量は２５mmとし、拡管率３０％の同一形状部材を作製した。該部材に付いて発生音Ｓを測定後Ｖg の測定も行い、ＶM を求めた。Ｖg の測定は、鋼管の非溶接部から直径１２mmφの円盤を採取し、外周側から機械切削して平坦面を出し、更に化学研磨を施した試料に対して行った。具体的には、Ｘ線（ＭｏのＫα線）を用いてα相の（２００）面と（２１１）面、γR 相の（２２０）面と（３１１）面の回折強度（積分値）を測定し、次の４式から得られる値の平均を以ってＶg （vol ％）とした。すなわち
I(220)γ／（1.35＊I(200)α＋I(220)γ）
I(220)γ／（0.70＊I(211)α＋I(220)γ）
I(311)γ／（1.50＊I(200)α＋I(311)γ）
I(311)γ／（0.78＊I(211)α＋I(311)γ）である。
ここでI(200)α、I(211)α、I(220)γ、およびI(311)γは、それぞれ、α相の  （２００）面、（２１１）面、γR 相の（２２０）面、および（３１１）面の回折強度を示す。
【００３２】
表１に各部材のＶg 、ＶM 、および（ＳO −Ｓ）／ＳO を示す。
No. １、４および７は本発明の範囲外である。このように本発明の範囲内の鋼製部材であれば（ＳO −Ｓ）／ＳO が６％以上の優れた静粛性を有することが明らかとなった。
【００３３】
【表１】
0004377485.tif 000002
【００３４】
（実施例２）
表２に主要な化学成分を示す鋼片を常法に基づいて加工し１．４mmの冷延鋼板とした。それらを加工して６３．５φの鋼管を作製した。シーム溶接にはレーザーを用いた。得られた鋼管を光輝焼鈍炉にて熱処理し、異なるＶg のγR 相を有する鋼管を作り分けた。その後長さ３００mmに切断し、熱処理時に生成したスケールの影響を除くため鋼管外面に金属用塗料を均一に塗布して液圧成形に供した。図５にその主要部分を模式的に示す装置を用いて行った。該装置は、膨出部のない下金型５４を用いる以外は図４と同様である。鋼管５２の軸押し込み量は両側とも１５mm、拡管率は２５％とした。
【００３５】
【表２】
0004377485.tif 000003
【００３６】
実施例１と同様に成形前後でＶg およびＳO とＳを測定して静粛性を評価した。ただしＳの測定は塗料を除去した部材に対して行った。その結果をＶg およびＶM を座標軸として図６に示す。記号に鋼名とともに付した数値は（ＳO −Ｓ）／ＳO （単位％）である。このように本発明の範囲内の部材は（ＳO −Ｓ）／ＳO が６％以上の優れた静粛性を有することが明らかとなった。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、静粛性に優れた自動車構造用鋼製部材を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】液圧成形によって作製された部材を模式的に示す図である。
【図２】従来法によって作製される部材を溶接組立て前の部品構成として模式的に示す図である。
【図３】静粛性評価のための発生音測定方法を示す模式図である。
【図４】単純拡管型の液圧成形に用いた液圧成形装置の主要部分を示す模式図である。
【図５】Ｔ型の部材の成形に用いた液圧成形装置の主要部分を示す模式図である。
【図６】静粛性の指標（ＳO −Ｓ）／ＳO をＶg およびＶM を座標軸として示すグラフである。
【符号の説明】
３１：Ｖブロック
３２：被検体（成形後）
３３：鋼球
３４：管軸中心線
３５：鋼球の落下する軌跡
３６：管軸中心線を含む水平面と鋼球の落下する軌跡を含む鉛直面の交線
３７：測定用マイクロフォン
３８：ゴム製ベース
４１：上金型
４２：成形前の鋼管の断面
４３：成形後の鋼管の断面
４４：下金型、45：軸押し込み用シリンダー
５１：上金型
５２：成形前の鋼管の断面
５３：成形後の鋼管の断面
５４：下金型
５５：軸押し込み用シリンダー
【図１】
0004377485.tif 000004
【図２】
0004377485.tif 000005
【図３】
0004377485.tif 000006
【図４】
0004377485.tif 000007
【図５】
0004377485.tif 000008
【図６】
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