高加工性 1180 MPa 級超高強度鋼板の開発
田 路 勇 樹長谷川浩平
河 村 健 二1)
1)
1)
川 邉 英 尚重 本 晴 美
1)
2)

.

は じめに

近年自動車では， CO2 排出の抑制，および乗員保護の観.

開発鋼板の特性

金属組織点から，自動車車体用鋼板の高強度化による車体軽量化およ図に今回開発した高加工性 1180 MPa 級冷延鋼板の金び衝突安全性の向上が積極的に進めてられている．特に，乗属組織を従来鋼と比較して示す．従来は，低炭素量で高強度員を守るキャビン周りには引張強度(TS)が 980 MPa を超えが得られるマルテンサイト単相組織が主流であったのに対る超高強度鋼板の適用も進んでおり，ドア内の補強部品であし，開発鋼は加工性を向上させるため軟質なフェライトを体るドアインパクトビームでは， TS 1470 MPa 級の焼入れ鋼

積率で約 40 含有させ，マルテンサイトとの複合組織とし管や，ホットプレス部品がすでに実用化されている．しかした．これにより，後述するように加工硬化特性(n 値)を向上ながら，焼入れ鋼管では，造管後焼入れ焼戻し処理を施す必させることができ，高い伸び値を達成した．また，複合組織要があり，さらに，ドアとの接合のために，鋼管の両端にブ化により低下した引張強度を補償するため， Si による固溶ラケットをアーク溶接する必要があるため，部品コストが高強化を活用した．さらに，複合組織鋼は各組織の分率に依存くなっている．一方，ホットプレス工法ではビーム部とブラして機械的特性が変化するため，材質の安定化には熱処理工ケットの一体成形が可能であるが，熱間でプレス加工する必程において精密な組織制御が必要となるが，当社は独自の要があるため，専用設備が必要であるほか，現状タクトタイ

WQ(水焼入れ)型連続焼鈍設備(1)を活用して，材質を量産レムが長く，やはり部品コストが高い．

ベルで安定化させた．

部品製造コスト低減には，冷間プレスによりブラケット一体型のドアインパクトビームを製造することが有効である．
しかしながら，従来の TS 1180 MPa 以上の超高強度鋼板は



機械的特性

表に開発鋼の機械的特性を，従来鋼と比較して示す．開延性が低く，一体型ドアインパクトビームの冷間プレス加工発鋼は伸び値( El )が 14 と，従来鋼比 2 倍の高い延性を有が困難であった．

する．図に開発鋼および従来鋼の真応力真ひずみ曲線お

本報告では，上記課題をうけて，一体型ドアインパクトビ

よび瞬間 n 値を示す．開発鋼は広いひずみ領域において高ームを低コストな冷間プレスにより製造可能な，高加工性い n 値を示しており，これにより加工時にひずみ伝播が促

1180 MPa 級超高強度冷延鋼板を開発したので紹介する．

進され，延性が向上したと考えられる．

JFE スチール株式会社
1)スチール研究所自動車鋼板研究部 主任研究員
2)西日本製鉄所薄板商品技術部 主任部員
Development of 1180 MPa Grade Ultra High Strength Steelwith Excellent Formability; Yuki Toji, Kohei Hasegawa, KenjiKawamura, Hidetaka Kawabe, Harumi Shigemoto (JFE SteelCorporation)
2008年11月 4 日受理

ま て り あ 第48巻 第 3 号(2009)Materia Japan

図11180 MPa 級鋼の SEM 組織写真，Fフェライト，Mマルテンサイト．



表1

開発鋼
従来鋼

図21180 MPa 級鋼の機械的特性値．

板厚(mm)YS(MPa)TS(MPa)

El()

1.4
1.4

860
1030

1210
1230

1471180 MPa 級鋼の真応力真ひずみ曲線および瞬間 n 値．

図3

加工硬化量(WH)と焼付硬化量(BH)の定義．

図4

WH および BH におよぼす予ひずみ量の影響．

明確化し，実際のプレス部品の加工条件，侵入水素量と比較
また，開発鋼は降伏強度(YS)が低く，プレス加工時にスプリングバックを抑制することによる寸法精度の向上が期待される．一方，自動車部品は一般にプレス加工後，塗装されすることで，プレス部品の実使用環境での遅れ破壊の危険性を予測できると考えられる．
そこで，図に示すように，供試鋼から採取した 30 mmて用いられるが，塗膜を乾燥させるための焼付け工程におい× 100 mm のサンプルに U 型曲げ加工を行い，ボルト締付て180°C程度の熱履歴を受ける．開発鋼はこの塗装焼付けのけにより応力負荷した試験片を， 0.1 規定の塩酸中に最大熱履歴を利用して YS が上昇する特性(BH 特性)を有する．

300 時間まで浸漬して破壊時間および侵入水素量を調査し図に加工硬化量(WH)と焼付硬化量(BH)の定義を，図た．破壊時間に及ぼす加工ひずみ量の影響を曲げ半径(R)をに一軸引張試験にて 1～ 6 の予ひずみを付与し，塗装後の変化させることで，また，負荷応力の影響を，ボルト締付け焼付け処理を模擬して180°
C×20 分の熱処理を施した後，再間隔(d)を変化させることで評価した．U 曲げ頂点部表層のび引張試験を行ったときの， WH および BH に及ぼす予ひ応力は，X 線微小応力測定装置で測定した．

ずみ量の影響を示す． WH は予ひずみ量と共に増加し，予供試鋼を U 型曲げ加工したときに外観上良好に成形できひずみ 2 で 250 MPa に達する．また BH は予ひずみ 1 る最小の曲げ半径は 2 mm で， R ＝ 1.5 mm では試験片外表以上で 150 MPa を超えており，高い BH 特性を示すことが面に微小クラックが発生した．図に U 型曲げ加工後，ス分かる．以上のように，開発鋼は低降伏強度のためプレス加プリングバック分をボルトで締付けた試験片(d＝2R)を，塩工上有利であり，かつ，プレス加工による WH と塗装焼付酸に浸漬したときの破壊時間に及ぼす曲げ半径の影響を示

けによる BH で，使用時には高い部品強度が期待される．

す．曲げ半径が4 mm以上では破壊していないが，2 mmでは

耐遅れ破壊特性

TS が 1180 MPa 以上の鋼では，使用中に腐食に伴い鋼に短時間で破壊している．このように，加工限界に近い強加工領域では遅れ破壊が促進される危険性があるので，注意が必要である．

侵入する水素に起因した遅れ破壊が懸念される．加工後に使図に R＝2 mm の試験片の破壊時間に及ぼす表層負荷応用される自動車用薄鋼板においては，負荷応力，侵入水素量力の影響を示す．負荷応力が約 800 MPa ( d ＝ 4 mm )では破に加えて，加工によるひずみの影響を考慮した遅れ破壊特性壊しているが，約 230 MPa(d＝ 12.5 mm)および－320 MPa

評価が必要であり(2)，材料に応じて遅れ破壊が懸念される使( d ＝ 21 mm ，ボルト締付け無し)では加工の厳しい R ＝ 2

用条件(ひずみ，応力，水素量)を，予めラボサンプルによりmm においても破壊が発生していない．



新技術・新製品図5

遅れ破壊試験片作製手順．

図8

図6

開発鋼の遅れ破壊発生領域マップ．

破壊時間におよぼす曲げ半径の影響．

図9

開発鋼が適用されたリアドアインパクトビーム(株式会社ヒロテック提供)．

い絞り形状とすることでプレス成形時の加工硬化(WH)と，塗装焼付けによる強度上昇(BH)により，ホットプレス部品と同等の衝撃吸収性能を達成し，プレス加工の生産性も大幅に向上させた．さらに，超高強度鋼板適用上の重要課題である遅れ破壊に対しては，図 8 に示した開発鋼の遅れ破壊発
図7

破壊時間におよぼす表層負荷応力の影響．

生領域と開発部品の応力，ひずみ状態を比較することで，本部品の加工条件が遅れ破壊に対して十分安全領域にあることを明らかにした．なお，開発部品の 0.1規定塩酸浸漬試験お塩酸浸漬による侵入水素量を昇温分析法で測定した結果，遅れ破壊に影響を及ぼすと考えてられている拡散性水素の濃よび，より実環境に近いと考えられる腐食サイクル試験においても，破壊しないことを確認している．

度は約 0.6 wt ppm であった．一方，実際の使用環境での鋼以上のように，開発鋼の高い延性により，複雑形状の部品板の腐食に伴う侵入水素量は，0.1 ppm 程度であるとの報告の冷間プレス加工が可能となり，ドアビームに限らず，耐衝があり(3)，実環境では 0.1規定塩酸浸漬と比べて遅れ破壊の撃特性が要求される自動車骨格部品などにおいても，軽量危険性は小さいと考えられる．

化，低コスト化に効果を発揮すると期待される．

対象鋼において遅れ破壊が懸念される使用条件(曲げ半径，応力，侵入水素量)をまとめて図に示す．開発鋼の遅文

献れ破壊発生領域は狭い範囲に限定されていることが分かる．
実用においては，部品設計段階で遅れ破壊が懸念される加工条件を外すことで，遅れ破壊を回避可能と考えられる．

.

実用化状況

開発鋼は一体型リアドアインパクトビームとして適用された(4)(図)．本ドアビームは開発鋼の高い延性を活用し，深ま て り あ 第48巻 第 3 号(2009)Materia Japan( 1 ) N. Matsui, S. Jitsukawa, T. Izushi and M. Yamazaki: Development in the Annealing of Sheet Steels, The Materials, Metals& Materials Society, (1992), 113.
( 2 ) 田路勇樹，高木周作，吉野正崇，長谷川浩平，藤田 毅，田中 靖CAMPISIJ, 21(2008), 596.
( 3 ) 櫛田隆弘遅れ破壊解明の新展開(日本鉄鋼協会)，( 1997 ) ,145175.
( 4 ) 田路勇樹，長谷川浩平，重本晴美，川邉英尚，藤田 毅，田中 靖，中村 肇，石田 博，坂本博之自動車技術会論文集，39(2008), 133138.

