衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法
【課題】衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法を提供する。
【解決手段】構造部材の断面がハット形状を有し、該構造部材のフランジ部自由端部がオーステナイト相を２０体積％以上含み、該フランジ部自由端部の断面硬さがビッカース硬さで１５０〜３５０、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれ、該縦壁部中央部の断面硬さが該フランジ部自由端部の断面硬さよりもビッカース硬さで５０以上高いことを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法。
【解決手段】構造部材の断面がハット形状を有し、該構造部材のフランジ部自由端部がオーステナイト相を２０体積％以上含み、該フランジ部自由端部の断面硬さがビッカース硬さで１５０〜３５０、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれ、該縦壁部中央部の断面硬さが該フランジ部自由端部の断面硬さよりもビッカース硬さで５０以上高いことを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度や衝撃吸収性能が必要な構造用部材、特に自動車、バスなどのフロントサイドメンバー、ピラー、バンパーなどの衝撃吸収部材並びに足回り部材、鉄道車両の車体などに適用できる、衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の観点から、自動車、二輪車、バス、鉄道車両などの輸送機器の燃費向上が必須課題になってきている。その解決手段の一つとして、車体の軽量化が積極的に推進されている。車体の軽量化は、部材を形成する素材の軽量化、具体的には素材板厚の薄手化によるものが大きいが、単に素材板厚を薄くしただけでは衝突安全性能が低下する。
このため、衝突安全性向上対策として部材を構成する材料の高強度化が進んでおり、高強度鋼板が自動車の衝撃吸収部材に適用されている。高強度鋼板としては金属組織を複相組織としたＤＰ（Ｄｕａｌ Ｐｈａｓｅ）鋼やＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）鋼などがある。これらの鋼種はいずれも文献１にあるように固溶強化鋼や析出強化鋼に比べて優れた衝撃吸収特性を有することが確認されている。
【０００３】
一方、上記のような高強度鋼板を部材に成形する場合には曲げ成形や深絞り成形が施されるが、このときに強度が高いほど成形後の戻り（以降、スプリングバック）が大きいために所定の形状を得ることが困難であり、これが高強度鋼板を使用する上での大きな課題となっている。スプリングバックを低減する方法については、文献２に記載されているように付加張力を大きくすることが有効であることが知られている。しかし、高強度鋼板では素材の延性が不十分であるために、成形加工時にしわ押さえ力を高めて付加張力を大きくすると成形途中に破断してしまう場合がある。
【０００４】
さらに近年では部材の「フランジ部切断性」という課題がある。本明細書中の「切断性」とは部材を成形加工後、フランジ部を切断して所定の形状にするときの切断の難易性を指す。構造部材の高強度化が進んでいるのに伴いフランジ部も高強度化しているため、切断に用いる刃先の寿命低下、生産性低下を招くという切断性に劣ることが問題となってきている。
【０００５】
また近年では特許文献１のようにオーステナイト相が主相である鋼を用いて衝突時に加工誘起マルテンサイト変態を活用して吸収エネルギーを高める知見が示されている。ただし、本知見では良好な衝撃吸収特性が得られる場合はあるが、さらに良好な衝撃吸収特性と良好なフランジ部切断性を両立させて得ることには限界があった。
【０００６】
以上のように、近年では軽量化を目的として素材の高強度化が進んでいるが、高強度材を使用するために生じる課題（形状凍結性、切断性）がある。それらを総合的に満足することが望まれている。
【非特許文献１】日本塑性加工学会第２２８回塑性加工シンポジウム（２００４）、ｐ１５
【非特許文献２】プレス成形難易ハンドブック第２版 日刊工業新聞社発行（１９９７）ｐ２０８
【特許文献１】特開２００１−１３０４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、衝撃吸収特性に優れた構造部材としての高強度鋼板適用の障害となっていた形状凍結性、切断性が従来鋼に比べ劣るという問題点を解決し、衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、板厚０．８〜４．０ｍｍの種々の化学成分を有するオーステナイト相量２０体積％以上含み、残部フェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる鋼板を用いて、断面縦壁高さ１０〜１２０ｍｍ、フランジ間距離（左右フランジ部の最短距離）３０〜２００ｍｍのハット形状へのプレス成形加工を行なった。全て、長さ３００及び６００ｍｍにそろえた。この成形加工材を用いて、ハット断面の縦壁部の強度（硬さ）と衝撃吸収特性及びせん断性の関係を調査した。衝撃吸収特性評価には、衝撃吸収評価試験時に衝撃吸収にともなう試験材の塑性変形が試験片長手方向の全長に渡って生じるように、すなわち試験材の長手方向途中での二つ折れを防ぐように、便宜上、前記ハット成形材および、当該ハット成形以外は同じ成分、同じ製造工程条件で製造した長さ３００ｍｍ、幅はハット成形材に合わせた背板を、ハット成形材フランジ部で互いに重ね、長手方向に、左右フランジ部に１列ずつ、２０ｍｍおきにスポット溶接して作製した衝撃試験片を用いた。
なお、本ハット成形材を実際に、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材として使用する際は、必ずしも該衝撃試験片のように背板を溶接して用いる必要はない。
この衝撃試験片をロードセルの上に載せ、衝撃試験片長手方向を垂直に立たせて、高さ９ｍより１２０ｋｇの錘を落下させて衝撃試験片が長手方向に５０ｍｍ変形するまでの衝撃吸収エネルギーを評価した。すなわち、試験片の変形量をレーザー変位計で随時計測し、同時に試験片に加わる荷重をロードセルで随時計測することで、衝撃試験片に錘が衝突した瞬間から、衝撃試験片が長手方向に５０ｍｍ変形するまで、各時点での荷重を変形量で積分して求めた累積吸収エネルギーを、衝撃吸収エネルギーとして評価した。
【０００９】
また、長さのみ６００ｍｍと異なるが長さ以外は、前記衝撃試験片と同じ方法で製造した曲げ衝撃試験片を別途用意した。水平面上に、５００ｍｍ間隔をおいた２個の同型のロードセル付き支点を並べ、その上に長手方向を水平方向とし、前記背板が下側になるように、前記曲げ衝撃試験片を設置した。前記曲げ衝撃試験片長手方向中央部に高さ９ｍ位置より７５ｋｇの錘を落下させて３点曲げの落重試験を実施して、前記曲げ衝撃試験片長手方向中央部が５０ｍｍ変位するまでの衝撃吸収エネルギーを評価した。すなわち、試験片の変形量をレーザー変位計で随時計測し、同時に試験片に加わる荷重を２個のロードセルで随時計測することで、曲げ衝撃試験片に錘が衝突した瞬間から、曲げ衝撃試験片が屈曲し、垂直方向に５０ｍｍ変形するまで、各時点での２個のロードセルに加わる荷重の合計を、変形量で積分して求めた累積吸収エネルギーを、衝撃吸収エネルギーとして評価した。
【００１０】
その結果、前記衝撃試験片および前記曲げ衝撃試験片による試験の両方とも、衝撃吸収エネルギーは、ハット断面縦壁部の硬さ（強度）が高いほど大きくなり、衝撃吸収特性が良好であることが判明した。
【００１１】
またフランジ部切断性については、一定回転数で回転しているはずみ車付きのシャー切断機で試験片を切断する際に、切断直後からシャー切断機のはずみ車を一定回転数まで再加速させるに要した電気モーターの消費電力量を測定し、その値を試験片切断断面積で割って、その値が大きいほど切断性が悪いと判断した。切断に必要となる電力が大きいほど、切断刃先の消耗が激しく、生産性が低下するからである。
【００１２】
その結果、切断時の単位断面積当たりの消費電力量は、単純にフランジ部の硬さ（強度）に依存し、硬さが低いほど消費電力量は低くなり、切断性が良好であることが判明した。すなわち、衝撃吸収特性及び切断性の両特性は図１のようになり、縦壁部の硬さが高く、フランジ部の硬さが低いことが望まれる。
【００１３】
そこで種々のオーステナイト系ステンレス鋼板および２０体積％以上のオーステナイト相を含有し、残部がフェライト相からなるステンレス鋼板を用いて冷間で成形加工条件を変化させて縦壁部中央部硬さ及びフランジ部自由端部硬さを調査したところ、条件を限定すればフランジ部に比べて縦壁部の硬さを著しく高められることが明らかとなった。
【００１４】
成形前の金属組織が、ほぼ１００％オーステナイト相からなる板厚１ｍｍの鋼板Ａと、オーステナイト相を１８体積％含み、残部がマルテンサイト相および不可避的析出相からなる混合組織を有する板厚１ｍｍの鋼板Ｂ、さらにオーステナイト相を３０体積％含み、残部がフェライト相及び不可避的析出相からなる混合組織を有する板厚１ｍｍの鋼板Ｃを用意した。鋼板Ａと鋼板Ｂの表面に成形加工後のひずみ量分布を調査できるように、５ｍｍピッチの格子模様を印刷し、プレス成形加工時のしわ押さえ力を変化させて縦壁部のひずみ量を変化させてハット形状に成形加工した後、縦壁部中央部とフランジ部自由端部のひずみ量と硬さを調査した。横軸に縦壁部中央部のひずみ量、縦軸に縦壁部の硬さとフランジ部の硬さの差△Ｈｖを取り、図２に示す。鋼板Ａでは縦壁のひずみ量の増加に伴って△Ｈｖは大きくなり、フランジ部に比べてビッカース硬さで１７０以上高くなる。これに対し、鋼板Ｂでは縦壁部ひずみ量増加に伴う硬さ増加代が鋼板Ａに比べて小さく、縦壁部とフランジ部の硬さの差は小さく、また縦壁部中央部のひずみが３０％を超えると成形加工時に破断してしまった。また鋼板Ｃでは鋼板Ａと同様に縦壁のひずみ量の増加に伴って△Ｈｖは大きくなり、フランジ部に比べてビッカース硬さで１５０以上高くなる。なお、鋼板Ａ及びＣではプレス成形時に縦壁部に張力が付与されて伸び歪量が８％を超え、加工誘起マルテンサイト相が１０体積％以上生成して高強度化した。
ここで、オーステナイト相が常磁性、フェライト相およびマルテンサイト相が強磁性である原理を利用した、磁化特性の違いからフェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置によって、フランジ部自由端部と縦壁部中央部のフェライト相およびマルテンサイト相量を体積％として測定した。この方法では、フェライト相とマルテンサイト相を区別できないが、冷間成形加工後にフェライト相およびマルテンサイト相量が増加した場合は、フェライト相量は変化せず、その増加分は全て、新たに生成した加工誘起マルテンサイト相量（体積％）であり、同量のオーステナイト相量（体積％）が減少したとみなせる。
【００１５】
本発明の趣旨とするところは以下のとおりである。
（１）オーステナイト相を含み、残部フェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる鋼板を成形加工して製造する自動車、二輪車、または鉄道車両用構造部材において、該構造部材の断面がハット形状を有し、該構造部材のフランジ部自由端部がオーステナイト相を２０体積％以上含み、該フランジ部自由端部の断面硬さがビッカース硬さで１５０〜３５０、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれ、該縦壁部中央部の断面硬さが該フランジ部自由端部の断面硬さよりもビッカース硬さで５０以上高いことを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
（２）前記鋼板が、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２５０％、Ｓｉ：０．０１〜３．００％、Ｍｎ：０．０１〜１０．００％、Ｐ：０．０５０％未満、Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、Ｃｒ：５．０〜３０．０％、Ｎｉ：０．０３〜１５．００％、Ｎ：０．００１〜０．３００％、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなることを特徴とする前記（１）に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車
二輪車または鉄道車両用構造部材。
（３）さらに前記鋼板が、質量％で、Ｃｕ：０．１０〜５．００％、Ｍｏ：０．１０〜５．００％、Ｗ：０．１０〜５．００％、Ｖ：０．１０〜５．００％のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする前記（２）に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
（４）さらに前記鋼板が、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．５００％、Ｎｂ：０．００５〜０．５００％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする前記（２）または（３）に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
（５）さらに前記鋼板が、質量％で、Ａｌ：０．００３〜０．５００％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれかに記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載の構造部材をプレス成形加工により製造する際に、前記プレス成形加工時に、前記縦壁部中央部に８％以上４０％以下の歪が生じるようにプレス成形加工することを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材の製造方法。
（７）前記構造部材をプレス成形加工により製造する際に、ポンチ温度がダイス温度より１０℃以上低いことを特徴とする（６）に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法を提供することができ、自動車等の軽量化、環境への負荷軽減などへの貢献が大きく、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の限定理由について説明する。
＜構造部材＞
本発明は断面がハット型形状を有する構造部材に関するが、本発明におけるハット型形状とは図３（ａ）に示すようにフランジ部、縦壁部及び頂辺部からなる。図３（ｂ）のように断面が多角形である場合や、図３（ｃ）のようにフランジ部に背板を溶接等によりつける場合、またフランジ部や縦壁部にビード等がある場合も含む。
＜断面硬さ＞
縦壁部中央位置の断面硬さＨｖｗがフランジ部自由端部の断面硬さＨｖｆに比べてビッカース硬さで５０以上高いことを特徴とする。この断面硬さの差ΔＨｖ＝Ｈｖｗ−Ｈｖｆがビッカース硬さで５０未満では衝撃吸収特性とフランジ部切断性の両特性を十分に満足することができない。オーステナイト相を含有しない鋼板では、通常、成形加工後の縦壁部中央位置とフランジ部自由端部の断面硬さの差がビッカース硬さで２０未満と小さいため衝撃吸収特性とフランジ部切断性は相反する特性であった。しかし本発明では両特性に寄与する部位（縦壁部中央部とフランジ部自由端部）を特定して両者の硬さの差をビッカース硬さで５０以上と大きくすることで、図１（ｂ）横軸を小さな値としたまま、図１（ａ）横軸を大きくすることができる、すなわち衝撃吸収特性とフランジ部切断性を両立することができた。ここで縦壁部中央部とは図３（ａ）の高さＨの１／２位置を示す。フランジ部自由端部とはフランジ部自由端より２ｍｍ程度を示す。断面硬さの測定にはハット形状に成形した部材を形状を保ったまま埋め込み、中心方向に５ｍｍ深さ位置を機械研摩および電解研磨した後に縦壁部中央位置とフランジ部自由端部ついて板厚方向中心位置でＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠した方法で測定する。このときの該フランジ部自由端部の断面硬さはビッカース硬さで１５０〜３５０とする。１５０未満であると十分な衝撃吸収特性が得られないためである。また３５０超ではフランジ部切断性が著しく劣るためである。
＜オーステナイト相量＞
オーステナイト相は、冷間成形加工時に加工誘起マルテンサイト変態を起こして高強度化するため、本発明においてその量は重要なパラメータであり、２０体積％以上含むことで成形加工後の縦壁部の強度（硬さ）が大きく増加するため、これを下限とした。また上限は準安定オーステナイトステンレス鋼では１００％となるため、特に規定しない。残部はフェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなることとする。
すなわち、本発明においてフランジ部自由端部の金属組織は、オーステナイト相２０体積％以上と残部フェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる場合と、オーステナイト相と残部不可避的析出相からなる場合の双方を含む。
一方、縦壁部中央部の断面金属組織は、その加工誘起マルテンサイト相量が、ハット形状の同じ断面において、フランジ部自由端部よりも１０体積％以上高く、その分、オーステナイト相量が低くなることで、縦壁部中央部とフランジ部自由端部との硬さの差をビッカース硬さで５０以上にすることができる。
＜板厚＞
板厚は０．８〜４．０ｍｍとする。０．８ｍｍ未満であると衝撃吸収特性が不十分であるため、これを下限とした。また４．０ｍｍ超の場合、成形加工時の荷重が高いためにプレス機等への負荷が大きくなり損傷しやすいため、これを板厚の上限とした。
Ｃ：Ｃは多量の添加により耐食性を低下させる場合があるため、その上限を０．２５０％とした。下限は製錬時の脱炭にかかる負荷を考慮して０．００１％とした。安定的に製造できる範囲として好ましくは０．００５〜０．０８０％である。
＜Ｓｉ＞
Ｓｉは多量に添加すると製造時の耳割れを発生したり、圧延負荷を増大することから上限を３．００％とした。下限は製鋼段階での付加を考慮すると０．０１％である。
＜Ｍｎ＞
ＭｎもＳｉ同様に多量に添加すると製造時の耳割れを誘発したり、またＭｎ系の介在物を析出させて耐食性を劣化させたりする。そこでＭｎの上限を１０．００％とした。下限は、精錬段階で大きな負荷がかからずに低減出来るレベルとして０．０１％とした。
Ｐ：Ｐは多量に存在すると加工性を低下させるため、０．０５０％未満とする。好ましくは、０．０４０％未満である。
Ｓ：Ｓは多量に存在すると硫化物を生成して腐食の基点となるため、低い方が好ましく、上限を０．０１００％とした。低い方が好ましいが、脱硫にかかる精錬段階での負荷を考慮し、下限を０．０００１％とした。
＜Ｃｒ＞
Ｃｒは耐食性を向上させる元素である。また本発明のように加工誘起マルテンサイト変態を生じさせるために重要な役割を持つ。そのような観点から下限は５．０％とした。また多量に添加すると金属間化合物を生成して製造時に割れを誘発するため、上限を３０．０％とした。
＜Ｎｉ＞
ＮｉはＣｒ同様に金属組織制御に重要な役割を持つ。加えて靭性を向上させる元素であるため、下限を０．０３％とした。多量の添加により、材料の強度が高くなりすぎたり原料コストの増加を招くため１５．００％を上限とした。
Ｎ：Ｎは高温でγ相に濃化し、γ相率及びγ相の相安定性を調整するために重要な役割をもち、また耐食性を向上させる元素であるため、下限を０．００１％とした。ただし多量の添加により、硬質化して製造時の割れが生じたり、添加する為の加圧設備等が必要となって大幅な製造コスト増加を招くことから上限を０．３００％とした。
【００１８】
また次の元素を選択的に添加しても良い。
＜Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ及びＶ＞
Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ及びＶは耐食性を向上させる元素であり、これらの向上を目的とする場合には一種または二種以上を組み合わせて添加しても良い。その効果は０．１０％以上で発揮されることからこれを下限とする。ただし、多量の添加は製造時の圧延負荷を増大させて製造疵を生成させやすいため、上限を５．００％とした。
＜Ｔｉ、Ｎｂ及びＢ＞
Ｔｉ、Ｎｂ及びＢは成形性を向上させる元素であり、必要に応じて一種または二種以上を組み合わせて添加しても良い。成形性向上効果が発揮されるのはＴｉ：０．００５％、Ｎｂ：０．００５％、Ｂ：０．０００３％以上であるためこれを下限とした。多量の添加は製造疵の増加ならびに熱間加工性の低下を招くため、Ｔｉ：０．５００％、Ｎｂ：０．５００％、Ｂ：０．００５０％を上限とした。
＜Ａｌ、Ｍｇ及びＣａ＞
Ａｌ、Ｍｇ及びＣａは精錬時に脱酸や脱硫を目的として添加される場合がある。効果が発揮されるのはＡｌ：０．００３％、Ｍｇ：０．０００１％、Ｃａ：０．０００１％であり、これを下限とした。また多量の添加は製造疵の増加ならびに原料コストの増加を招くためＡｌ：０．５００％、Ｍｇ：０．００５０％、Ｃａ：０．００５０％を上限とした。
【００１９】
以下に本発明の成形方法に関する限定理由を説明する。
【００２０】
縦壁部中央部の伸び歪量：成形加工時の縦壁部中央部の伸び歪量は成形後の部材の形状、強度（硬さ）を決める重要な条件であり、８％以上４０％以下の伸び歪が必要である。
伸び歪量が８％未満であると縦壁部の加工誘起マルテンサイト相の生成量小さく、縦壁部の強度増加が望めないばかりか成形部材の形状凍結性も不十分である。また伸び歪量が４０％を越えると成形途中に縦壁部が破断にいたる場合があるためである。
成形温度：成形加工時にポンチ及びダイスの温度を制御することが好ましい。ポンチ温度Ｔｐがダイス温度Ｔｄより１０℃以上低いことが望ましい。本発明のような加工誘起マルテンサイト変態の生じやすさは温度に強く依存する。ポンチを低温にして加工誘起マルテンサイト変態を促進させて材料を流入させ、ダイス部は流入前に加工誘起マルテンサイト変態を抑制することが好ましい。温度差を１０℃以上とすることが好ましく、この条件により良好な衝撃吸収特性と形状凍結性、フランジ部切断性を満足させることができる。
【実施例１】
【００２１】
以下に、実施例により具体的に説明する。表１に示す化学組成の鋼を鋼板（２．０ｍｍ）を用いて種々の成形条件によりハット形状に室温で成形加工を行った。成形試験は下記の条件で行った。
・サンプルサイズ：５０ｍｍ×２６０ｍｍ
・ポンチ：角型、幅８０ｍｍ、肩Ｒ５ｍｍ、
・ダイス：角型、幅８５ｍｍ、肩Ｒ５ｍｍ
・しわ押さえ力：随時変化
・成形高さ：４０ｍｍ
・潤滑油：石油系で動摩擦係数が約０．１５になる種類を鋼板両面に塗布
成形サンプルの縦壁中央部とフランジ部自由端部の硬さの差ΔＨｖと形状凍結性を調査した。断面硬さの差ΔＨｖについては前述の方法により測定した。形状凍結性については得られたハットサンプル形状を３次元形状測定機を用いて測定し、図４に示すように点ａ，ｂ，ｃより縦壁部の湾曲を「壁反り量：１／ρ」として測定した。点ｂはサンプルのハットつば部を結んだ線を底辺としたときの全高さの１／２に相当する位置であり、点ａ及びｃは、それぞれ点ｂより１０ｍｍ上または下に位置する。壁反り量は、点ａ，ｂ，ｃ通る円の半径（ｍｍ）の逆数であり、その値が小さいほど形状凍結性が良好であることを示す。１／ρ値が０．００５未満である場合に形状凍結性が十分であると判断した。
【００２２】
結果を表２に示す。本発明例は縦壁部中央部の断面硬さがフランジ部自由端部の断面硬さよりもビッカース硬さで５０以上高く（ΔＨｖ≧５０）、１／ρが小さい。すなわち、衝撃吸収特性とフランジ部切断性及び形状凍結性に優れており、本発明の効果が確認された。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
表２に示すオーステナイト相量（％）はフランジ部自由端部のオーステナイト相の体積％であり、残部はフェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる。
ここで、オーステナイト相が常磁性、フェライト相およびマルテンサイト相が強磁性である原理を利用した、磁化特性の違いからフェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置によって、縦壁部中央部のフェライト相およびマルテンサイト相量を体積％として測定した。表２において、冷間成形加工後にフェライト相およびマルテンサイト相量が増加する現象は、全て、新たに生成した加工誘起マルテンサイト相に由来しており、それと同量のオーステナイト相が減少している。さらに、各部から採取した断面光学顕微鏡用試料を、樹脂埋め込み、機械研摩、電解研摩および王水エッチングで作製し、ポイントカウント法による光学顕微鏡観察も実施しており、前記フェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置による測定結果とほぼ同じ結果を得ている。また、不可避的不純物量は、いずれの試料においても０．５体積％未満であることを確認している。
【００２５】
なお、表２で示したビッカース硬さは、全て、断面光学顕微鏡用試料を用い、板厚中央部で、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠した方法で測定した。また、フランジ部自由端部の断面硬さは全てビッカース硬さで１５０〜３５０であり、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれていた。
【実施例２】
【００２６】
表１の鋼Ｈ及び鋼Ｋについて成形温度を変化させて上記同様の成形試験を行い、成形サンプルの縦壁中央部とフランジ部自由端部の硬さの差ΔＨｖと形状凍結性を調査した。
【００２７】
結果を表３に示す。鋼Ｈ、Ｋ及びＭのいずれにおいてもポンチ温度Ｔｐがダイス温度Ｔｄに比べてその差ΔＴ＝Ｔｄ−Ｔｐが大きいほど、縦壁部中央部とフランジ部自由端部の硬さの差が大きくなり、ポンチ温度がダイス温度より１０℃以上低いときに、ΔＨｖ≧５０となることが確認された。
【００２８】
【表３】
表３に示すオーステナイト相量（％）はフランジ部自由端部のオーステナイト相の体積％であり、残部はフェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる。
ここで、オーステナイト相が常磁性、フェライト相およびマルテンサイト相が強磁性である原理を利用した、磁化特性の違いからフェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置によって、縦壁部中央部のフェライト相およびマルテンサイト相量を体積％として測定した。表３において、冷間成形加工後にフェライト相およびマルテンサイト相量が増加する現象は、全て、新たに生成した加工誘起マルテンサイト相に由来しており、それと同量のオーステナイト相が減少している。さらに、各部から採取した断面光学顕微鏡用試料を、樹脂埋め込み、機械研摩、電解研摩および王水エッチングで作製し、ポイントカウント法による光学顕微鏡観察も実施しており、前記フェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置による測定結果とほぼ同じ結果を得ている。また、不可避的不純物量は、いずれの試料においても０．５体積％未満であることを確認している。
【００２９】
なお、表３で示したビッカース硬さは、全て、断面光学顕微鏡用試料を用い、板厚中央部で、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠した方法で測定した。また、フランジ部自由端部の断面硬さは全てビッカース硬さで１５０〜３５０であり、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれていた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】縦壁部の硬さと衝撃吸収エネルギーの関係、フランジ部の硬さとフランジ部切断性の関係を模式的に示した図である。
【図２】しわ押さえ力とΔＨｖの関係を示す図である。
【図３】ハット型形状を示す図である。
【図４】ハット成形サンプルの壁反り量を測定する位置を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度や衝撃吸収性能が必要な構造用部材、特に自動車、バスなどのフロントサイドメンバー、ピラー、バンパーなどの衝撃吸収部材並びに足回り部材、鉄道車両の車体などに適用できる、衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の観点から、自動車、二輪車、バス、鉄道車両などの輸送機器の燃費向上が必須課題になってきている。その解決手段の一つとして、車体の軽量化が積極的に推進されている。車体の軽量化は、部材を形成する素材の軽量化、具体的には素材板厚の薄手化によるものが大きいが、単に素材板厚を薄くしただけでは衝突安全性能が低下する。
このため、衝突安全性向上対策として部材を構成する材料の高強度化が進んでおり、高強度鋼板が自動車の衝撃吸収部材に適用されている。高強度鋼板としては金属組織を複相組織としたＤＰ（Ｄｕａｌ Ｐｈａｓｅ）鋼やＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）鋼などがある。これらの鋼種はいずれも文献１にあるように固溶強化鋼や析出強化鋼に比べて優れた衝撃吸収特性を有することが確認されている。
【０００３】
一方、上記のような高強度鋼板を部材に成形する場合には曲げ成形や深絞り成形が施されるが、このときに強度が高いほど成形後の戻り（以降、スプリングバック）が大きいために所定の形状を得ることが困難であり、これが高強度鋼板を使用する上での大きな課題となっている。スプリングバックを低減する方法については、文献２に記載されているように付加張力を大きくすることが有効であることが知られている。しかし、高強度鋼板では素材の延性が不十分であるために、成形加工時にしわ押さえ力を高めて付加張力を大きくすると成形途中に破断してしまう場合がある。
【０００４】
さらに近年では部材の「フランジ部切断性」という課題がある。本明細書中の「切断性」とは部材を成形加工後、フランジ部を切断して所定の形状にするときの切断の難易性を指す。構造部材の高強度化が進んでいるのに伴いフランジ部も高強度化しているため、切断に用いる刃先の寿命低下、生産性低下を招くという切断性に劣ることが問題となってきている。
【０００５】
また近年では特許文献１のようにオーステナイト相が主相である鋼を用いて衝突時に加工誘起マルテンサイト変態を活用して吸収エネルギーを高める知見が示されている。ただし、本知見では良好な衝撃吸収特性が得られる場合はあるが、さらに良好な衝撃吸収特性と良好なフランジ部切断性を両立させて得ることには限界があった。
【０００６】
以上のように、近年では軽量化を目的として素材の高強度化が進んでいるが、高強度材を使用するために生じる課題（形状凍結性、切断性）がある。それらを総合的に満足することが望まれている。
【非特許文献１】日本塑性加工学会第２２８回塑性加工シンポジウム（２００４）、ｐ１５
【非特許文献２】プレス成形難易ハンドブック第２版 日刊工業新聞社発行（１９９７）ｐ２０８
【特許文献１】特開２００１−１３０４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、衝撃吸収特性に優れた構造部材としての高強度鋼板適用の障害となっていた形状凍結性、切断性が従来鋼に比べ劣るという問題点を解決し、衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、板厚０．８〜４．０ｍｍの種々の化学成分を有するオーステナイト相量２０体積％以上含み、残部フェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる鋼板を用いて、断面縦壁高さ１０〜１２０ｍｍ、フランジ間距離（左右フランジ部の最短距離）３０〜２００ｍｍのハット形状へのプレス成形加工を行なった。全て、長さ３００及び６００ｍｍにそろえた。この成形加工材を用いて、ハット断面の縦壁部の強度（硬さ）と衝撃吸収特性及びせん断性の関係を調査した。衝撃吸収特性評価には、衝撃吸収評価試験時に衝撃吸収にともなう試験材の塑性変形が試験片長手方向の全長に渡って生じるように、すなわち試験材の長手方向途中での二つ折れを防ぐように、便宜上、前記ハット成形材および、当該ハット成形以外は同じ成分、同じ製造工程条件で製造した長さ３００ｍｍ、幅はハット成形材に合わせた背板を、ハット成形材フランジ部で互いに重ね、長手方向に、左右フランジ部に１列ずつ、２０ｍｍおきにスポット溶接して作製した衝撃試験片を用いた。
なお、本ハット成形材を実際に、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材として使用する際は、必ずしも該衝撃試験片のように背板を溶接して用いる必要はない。
この衝撃試験片をロードセルの上に載せ、衝撃試験片長手方向を垂直に立たせて、高さ９ｍより１２０ｋｇの錘を落下させて衝撃試験片が長手方向に５０ｍｍ変形するまでの衝撃吸収エネルギーを評価した。すなわち、試験片の変形量をレーザー変位計で随時計測し、同時に試験片に加わる荷重をロードセルで随時計測することで、衝撃試験片に錘が衝突した瞬間から、衝撃試験片が長手方向に５０ｍｍ変形するまで、各時点での荷重を変形量で積分して求めた累積吸収エネルギーを、衝撃吸収エネルギーとして評価した。
【０００９】
また、長さのみ６００ｍｍと異なるが長さ以外は、前記衝撃試験片と同じ方法で製造した曲げ衝撃試験片を別途用意した。水平面上に、５００ｍｍ間隔をおいた２個の同型のロードセル付き支点を並べ、その上に長手方向を水平方向とし、前記背板が下側になるように、前記曲げ衝撃試験片を設置した。前記曲げ衝撃試験片長手方向中央部に高さ９ｍ位置より７５ｋｇの錘を落下させて３点曲げの落重試験を実施して、前記曲げ衝撃試験片長手方向中央部が５０ｍｍ変位するまでの衝撃吸収エネルギーを評価した。すなわち、試験片の変形量をレーザー変位計で随時計測し、同時に試験片に加わる荷重を２個のロードセルで随時計測することで、曲げ衝撃試験片に錘が衝突した瞬間から、曲げ衝撃試験片が屈曲し、垂直方向に５０ｍｍ変形するまで、各時点での２個のロードセルに加わる荷重の合計を、変形量で積分して求めた累積吸収エネルギーを、衝撃吸収エネルギーとして評価した。
【００１０】
その結果、前記衝撃試験片および前記曲げ衝撃試験片による試験の両方とも、衝撃吸収エネルギーは、ハット断面縦壁部の硬さ（強度）が高いほど大きくなり、衝撃吸収特性が良好であることが判明した。
【００１１】
またフランジ部切断性については、一定回転数で回転しているはずみ車付きのシャー切断機で試験片を切断する際に、切断直後からシャー切断機のはずみ車を一定回転数まで再加速させるに要した電気モーターの消費電力量を測定し、その値を試験片切断断面積で割って、その値が大きいほど切断性が悪いと判断した。切断に必要となる電力が大きいほど、切断刃先の消耗が激しく、生産性が低下するからである。
【００１２】
その結果、切断時の単位断面積当たりの消費電力量は、単純にフランジ部の硬さ（強度）に依存し、硬さが低いほど消費電力量は低くなり、切断性が良好であることが判明した。すなわち、衝撃吸収特性及び切断性の両特性は図１のようになり、縦壁部の硬さが高く、フランジ部の硬さが低いことが望まれる。
【００１３】
そこで種々のオーステナイト系ステンレス鋼板および２０体積％以上のオーステナイト相を含有し、残部がフェライト相からなるステンレス鋼板を用いて冷間で成形加工条件を変化させて縦壁部中央部硬さ及びフランジ部自由端部硬さを調査したところ、条件を限定すればフランジ部に比べて縦壁部の硬さを著しく高められることが明らかとなった。
【００１４】
成形前の金属組織が、ほぼ１００％オーステナイト相からなる板厚１ｍｍの鋼板Ａと、オーステナイト相を１８体積％含み、残部がマルテンサイト相および不可避的析出相からなる混合組織を有する板厚１ｍｍの鋼板Ｂ、さらにオーステナイト相を３０体積％含み、残部がフェライト相及び不可避的析出相からなる混合組織を有する板厚１ｍｍの鋼板Ｃを用意した。鋼板Ａと鋼板Ｂの表面に成形加工後のひずみ量分布を調査できるように、５ｍｍピッチの格子模様を印刷し、プレス成形加工時のしわ押さえ力を変化させて縦壁部のひずみ量を変化させてハット形状に成形加工した後、縦壁部中央部とフランジ部自由端部のひずみ量と硬さを調査した。横軸に縦壁部中央部のひずみ量、縦軸に縦壁部の硬さとフランジ部の硬さの差△Ｈｖを取り、図２に示す。鋼板Ａでは縦壁のひずみ量の増加に伴って△Ｈｖは大きくなり、フランジ部に比べてビッカース硬さで１７０以上高くなる。これに対し、鋼板Ｂでは縦壁部ひずみ量増加に伴う硬さ増加代が鋼板Ａに比べて小さく、縦壁部とフランジ部の硬さの差は小さく、また縦壁部中央部のひずみが３０％を超えると成形加工時に破断してしまった。また鋼板Ｃでは鋼板Ａと同様に縦壁のひずみ量の増加に伴って△Ｈｖは大きくなり、フランジ部に比べてビッカース硬さで１５０以上高くなる。なお、鋼板Ａ及びＣではプレス成形時に縦壁部に張力が付与されて伸び歪量が８％を超え、加工誘起マルテンサイト相が１０体積％以上生成して高強度化した。
ここで、オーステナイト相が常磁性、フェライト相およびマルテンサイト相が強磁性である原理を利用した、磁化特性の違いからフェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置によって、フランジ部自由端部と縦壁部中央部のフェライト相およびマルテンサイト相量を体積％として測定した。この方法では、フェライト相とマルテンサイト相を区別できないが、冷間成形加工後にフェライト相およびマルテンサイト相量が増加した場合は、フェライト相量は変化せず、その増加分は全て、新たに生成した加工誘起マルテンサイト相量（体積％）であり、同量のオーステナイト相量（体積％）が減少したとみなせる。
【００１５】
本発明の趣旨とするところは以下のとおりである。
（１）オーステナイト相を含み、残部フェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる鋼板を成形加工して製造する自動車、二輪車、または鉄道車両用構造部材において、該構造部材の断面がハット形状を有し、該構造部材のフランジ部自由端部がオーステナイト相を２０体積％以上含み、該フランジ部自由端部の断面硬さがビッカース硬さで１５０〜３５０、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれ、該縦壁部中央部の断面硬さが該フランジ部自由端部の断面硬さよりもビッカース硬さで５０以上高いことを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
（２）前記鋼板が、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．２５０％、Ｓｉ：０．０１〜３．００％、Ｍｎ：０．０１〜１０．００％、Ｐ：０．０５０％未満、Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、Ｃｒ：５．０〜３０．０％、Ｎｉ：０．０３〜１５．００％、Ｎ：０．００１〜０．３００％、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなることを特徴とする前記（１）に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車
二輪車または鉄道車両用構造部材。
（３）さらに前記鋼板が、質量％で、Ｃｕ：０．１０〜５．００％、Ｍｏ：０．１０〜５．００％、Ｗ：０．１０〜５．００％、Ｖ：０．１０〜５．００％のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする前記（２）に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
（４）さらに前記鋼板が、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．５００％、Ｎｂ：０．００５〜０．５００％、Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする前記（２）または（３）に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
（５）さらに前記鋼板が、質量％で、Ａｌ：０．００３〜０．５００％、Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれかに記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載の構造部材をプレス成形加工により製造する際に、前記プレス成形加工時に、前記縦壁部中央部に８％以上４０％以下の歪が生じるようにプレス成形加工することを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材の製造方法。
（７）前記構造部材をプレス成形加工により製造する際に、ポンチ温度がダイス温度より１０℃以上低いことを特徴とする（６）に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材並びにその製造方法を提供することができ、自動車等の軽量化、環境への負荷軽減などへの貢献が大きく、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の限定理由について説明する。
＜構造部材＞
本発明は断面がハット型形状を有する構造部材に関するが、本発明におけるハット型形状とは図３（ａ）に示すようにフランジ部、縦壁部及び頂辺部からなる。図３（ｂ）のように断面が多角形である場合や、図３（ｃ）のようにフランジ部に背板を溶接等によりつける場合、またフランジ部や縦壁部にビード等がある場合も含む。
＜断面硬さ＞
縦壁部中央位置の断面硬さＨｖｗがフランジ部自由端部の断面硬さＨｖｆに比べてビッカース硬さで５０以上高いことを特徴とする。この断面硬さの差ΔＨｖ＝Ｈｖｗ−Ｈｖｆがビッカース硬さで５０未満では衝撃吸収特性とフランジ部切断性の両特性を十分に満足することができない。オーステナイト相を含有しない鋼板では、通常、成形加工後の縦壁部中央位置とフランジ部自由端部の断面硬さの差がビッカース硬さで２０未満と小さいため衝撃吸収特性とフランジ部切断性は相反する特性であった。しかし本発明では両特性に寄与する部位（縦壁部中央部とフランジ部自由端部）を特定して両者の硬さの差をビッカース硬さで５０以上と大きくすることで、図１（ｂ）横軸を小さな値としたまま、図１（ａ）横軸を大きくすることができる、すなわち衝撃吸収特性とフランジ部切断性を両立することができた。ここで縦壁部中央部とは図３（ａ）の高さＨの１／２位置を示す。フランジ部自由端部とはフランジ部自由端より２ｍｍ程度を示す。断面硬さの測定にはハット形状に成形した部材を形状を保ったまま埋め込み、中心方向に５ｍｍ深さ位置を機械研摩および電解研磨した後に縦壁部中央位置とフランジ部自由端部ついて板厚方向中心位置でＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠した方法で測定する。このときの該フランジ部自由端部の断面硬さはビッカース硬さで１５０〜３５０とする。１５０未満であると十分な衝撃吸収特性が得られないためである。また３５０超ではフランジ部切断性が著しく劣るためである。
＜オーステナイト相量＞
オーステナイト相は、冷間成形加工時に加工誘起マルテンサイト変態を起こして高強度化するため、本発明においてその量は重要なパラメータであり、２０体積％以上含むことで成形加工後の縦壁部の強度（硬さ）が大きく増加するため、これを下限とした。また上限は準安定オーステナイトステンレス鋼では１００％となるため、特に規定しない。残部はフェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなることとする。
すなわち、本発明においてフランジ部自由端部の金属組織は、オーステナイト相２０体積％以上と残部フェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる場合と、オーステナイト相と残部不可避的析出相からなる場合の双方を含む。
一方、縦壁部中央部の断面金属組織は、その加工誘起マルテンサイト相量が、ハット形状の同じ断面において、フランジ部自由端部よりも１０体積％以上高く、その分、オーステナイト相量が低くなることで、縦壁部中央部とフランジ部自由端部との硬さの差をビッカース硬さで５０以上にすることができる。
＜板厚＞
板厚は０．８〜４．０ｍｍとする。０．８ｍｍ未満であると衝撃吸収特性が不十分であるため、これを下限とした。また４．０ｍｍ超の場合、成形加工時の荷重が高いためにプレス機等への負荷が大きくなり損傷しやすいため、これを板厚の上限とした。
Ｃ：Ｃは多量の添加により耐食性を低下させる場合があるため、その上限を０．２５０％とした。下限は製錬時の脱炭にかかる負荷を考慮して０．００１％とした。安定的に製造できる範囲として好ましくは０．００５〜０．０８０％である。
＜Ｓｉ＞
Ｓｉは多量に添加すると製造時の耳割れを発生したり、圧延負荷を増大することから上限を３．００％とした。下限は製鋼段階での付加を考慮すると０．０１％である。
＜Ｍｎ＞
ＭｎもＳｉ同様に多量に添加すると製造時の耳割れを誘発したり、またＭｎ系の介在物を析出させて耐食性を劣化させたりする。そこでＭｎの上限を１０．００％とした。下限は、精錬段階で大きな負荷がかからずに低減出来るレベルとして０．０１％とした。
Ｐ：Ｐは多量に存在すると加工性を低下させるため、０．０５０％未満とする。好ましくは、０．０４０％未満である。
Ｓ：Ｓは多量に存在すると硫化物を生成して腐食の基点となるため、低い方が好ましく、上限を０．０１００％とした。低い方が好ましいが、脱硫にかかる精錬段階での負荷を考慮し、下限を０．０００１％とした。
＜Ｃｒ＞
Ｃｒは耐食性を向上させる元素である。また本発明のように加工誘起マルテンサイト変態を生じさせるために重要な役割を持つ。そのような観点から下限は５．０％とした。また多量に添加すると金属間化合物を生成して製造時に割れを誘発するため、上限を３０．０％とした。
＜Ｎｉ＞
ＮｉはＣｒ同様に金属組織制御に重要な役割を持つ。加えて靭性を向上させる元素であるため、下限を０．０３％とした。多量の添加により、材料の強度が高くなりすぎたり原料コストの増加を招くため１５．００％を上限とした。
Ｎ：Ｎは高温でγ相に濃化し、γ相率及びγ相の相安定性を調整するために重要な役割をもち、また耐食性を向上させる元素であるため、下限を０．００１％とした。ただし多量の添加により、硬質化して製造時の割れが生じたり、添加する為の加圧設備等が必要となって大幅な製造コスト増加を招くことから上限を０．３００％とした。
【００１８】
また次の元素を選択的に添加しても良い。
＜Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ及びＶ＞
Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ及びＶは耐食性を向上させる元素であり、これらの向上を目的とする場合には一種または二種以上を組み合わせて添加しても良い。その効果は０．１０％以上で発揮されることからこれを下限とする。ただし、多量の添加は製造時の圧延負荷を増大させて製造疵を生成させやすいため、上限を５．００％とした。
＜Ｔｉ、Ｎｂ及びＢ＞
Ｔｉ、Ｎｂ及びＢは成形性を向上させる元素であり、必要に応じて一種または二種以上を組み合わせて添加しても良い。成形性向上効果が発揮されるのはＴｉ：０．００５％、Ｎｂ：０．００５％、Ｂ：０．０００３％以上であるためこれを下限とした。多量の添加は製造疵の増加ならびに熱間加工性の低下を招くため、Ｔｉ：０．５００％、Ｎｂ：０．５００％、Ｂ：０．００５０％を上限とした。
＜Ａｌ、Ｍｇ及びＣａ＞
Ａｌ、Ｍｇ及びＣａは精錬時に脱酸や脱硫を目的として添加される場合がある。効果が発揮されるのはＡｌ：０．００３％、Ｍｇ：０．０００１％、Ｃａ：０．０００１％であり、これを下限とした。また多量の添加は製造疵の増加ならびに原料コストの増加を招くためＡｌ：０．５００％、Ｍｇ：０．００５０％、Ｃａ：０．００５０％を上限とした。
【００１９】
以下に本発明の成形方法に関する限定理由を説明する。
【００２０】
縦壁部中央部の伸び歪量：成形加工時の縦壁部中央部の伸び歪量は成形後の部材の形状、強度（硬さ）を決める重要な条件であり、８％以上４０％以下の伸び歪が必要である。
伸び歪量が８％未満であると縦壁部の加工誘起マルテンサイト相の生成量小さく、縦壁部の強度増加が望めないばかりか成形部材の形状凍結性も不十分である。また伸び歪量が４０％を越えると成形途中に縦壁部が破断にいたる場合があるためである。
成形温度：成形加工時にポンチ及びダイスの温度を制御することが好ましい。ポンチ温度Ｔｐがダイス温度Ｔｄより１０℃以上低いことが望ましい。本発明のような加工誘起マルテンサイト変態の生じやすさは温度に強く依存する。ポンチを低温にして加工誘起マルテンサイト変態を促進させて材料を流入させ、ダイス部は流入前に加工誘起マルテンサイト変態を抑制することが好ましい。温度差を１０℃以上とすることが好ましく、この条件により良好な衝撃吸収特性と形状凍結性、フランジ部切断性を満足させることができる。
【実施例１】
【００２１】
以下に、実施例により具体的に説明する。表１に示す化学組成の鋼を鋼板（２．０ｍｍ）を用いて種々の成形条件によりハット形状に室温で成形加工を行った。成形試験は下記の条件で行った。
・サンプルサイズ：５０ｍｍ×２６０ｍｍ
・ポンチ：角型、幅８０ｍｍ、肩Ｒ５ｍｍ、
・ダイス：角型、幅８５ｍｍ、肩Ｒ５ｍｍ
・しわ押さえ力：随時変化
・成形高さ：４０ｍｍ
・潤滑油：石油系で動摩擦係数が約０．１５になる種類を鋼板両面に塗布
成形サンプルの縦壁中央部とフランジ部自由端部の硬さの差ΔＨｖと形状凍結性を調査した。断面硬さの差ΔＨｖについては前述の方法により測定した。形状凍結性については得られたハットサンプル形状を３次元形状測定機を用いて測定し、図４に示すように点ａ，ｂ，ｃより縦壁部の湾曲を「壁反り量：１／ρ」として測定した。点ｂはサンプルのハットつば部を結んだ線を底辺としたときの全高さの１／２に相当する位置であり、点ａ及びｃは、それぞれ点ｂより１０ｍｍ上または下に位置する。壁反り量は、点ａ，ｂ，ｃ通る円の半径（ｍｍ）の逆数であり、その値が小さいほど形状凍結性が良好であることを示す。１／ρ値が０．００５未満である場合に形状凍結性が十分であると判断した。
【００２２】
結果を表２に示す。本発明例は縦壁部中央部の断面硬さがフランジ部自由端部の断面硬さよりもビッカース硬さで５０以上高く（ΔＨｖ≧５０）、１／ρが小さい。すなわち、衝撃吸収特性とフランジ部切断性及び形状凍結性に優れており、本発明の効果が確認された。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
表２に示すオーステナイト相量（％）はフランジ部自由端部のオーステナイト相の体積％であり、残部はフェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる。
ここで、オーステナイト相が常磁性、フェライト相およびマルテンサイト相が強磁性である原理を利用した、磁化特性の違いからフェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置によって、縦壁部中央部のフェライト相およびマルテンサイト相量を体積％として測定した。表２において、冷間成形加工後にフェライト相およびマルテンサイト相量が増加する現象は、全て、新たに生成した加工誘起マルテンサイト相に由来しており、それと同量のオーステナイト相が減少している。さらに、各部から採取した断面光学顕微鏡用試料を、樹脂埋め込み、機械研摩、電解研摩および王水エッチングで作製し、ポイントカウント法による光学顕微鏡観察も実施しており、前記フェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置による測定結果とほぼ同じ結果を得ている。また、不可避的不純物量は、いずれの試料においても０．５体積％未満であることを確認している。
【００２５】
なお、表２で示したビッカース硬さは、全て、断面光学顕微鏡用試料を用い、板厚中央部で、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠した方法で測定した。また、フランジ部自由端部の断面硬さは全てビッカース硬さで１５０〜３５０であり、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれていた。
【実施例２】
【００２６】
表１の鋼Ｈ及び鋼Ｋについて成形温度を変化させて上記同様の成形試験を行い、成形サンプルの縦壁中央部とフランジ部自由端部の硬さの差ΔＨｖと形状凍結性を調査した。
【００２７】
結果を表３に示す。鋼Ｈ、Ｋ及びＭのいずれにおいてもポンチ温度Ｔｐがダイス温度Ｔｄに比べてその差ΔＴ＝Ｔｄ−Ｔｐが大きいほど、縦壁部中央部とフランジ部自由端部の硬さの差が大きくなり、ポンチ温度がダイス温度より１０℃以上低いときに、ΔＨｖ≧５０となることが確認された。
【００２８】
【表３】
表３に示すオーステナイト相量（％）はフランジ部自由端部のオーステナイト相の体積％であり、残部はフェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる。
ここで、オーステナイト相が常磁性、フェライト相およびマルテンサイト相が強磁性である原理を利用した、磁化特性の違いからフェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置によって、縦壁部中央部のフェライト相およびマルテンサイト相量を体積％として測定した。表３において、冷間成形加工後にフェライト相およびマルテンサイト相量が増加する現象は、全て、新たに生成した加工誘起マルテンサイト相に由来しており、それと同量のオーステナイト相が減少している。さらに、各部から採取した断面光学顕微鏡用試料を、樹脂埋め込み、機械研摩、電解研摩および王水エッチングで作製し、ポイントカウント法による光学顕微鏡観察も実施しており、前記フェライト相およびマルテンサイト相量を測定する装置による測定結果とほぼ同じ結果を得ている。また、不可避的不純物量は、いずれの試料においても０．５体積％未満であることを確認している。
【００２９】
なお、表３で示したビッカース硬さは、全て、断面光学顕微鏡用試料を用い、板厚中央部で、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠した方法で測定した。また、フランジ部自由端部の断面硬さは全てビッカース硬さで１５０〜３５０であり、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれていた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】縦壁部の硬さと衝撃吸収エネルギーの関係、フランジ部の硬さとフランジ部切断性の関係を模式的に示した図である。
【図２】しわ押さえ力とΔＨｖの関係を示す図である。
【図３】ハット型形状を示す図である。
【図４】ハット成形サンプルの壁反り量を測定する位置を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト相を含み、残部フェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる鋼板を成形加工して製造する構造部材の断面がハット形状を有し、該構造部材のフランジ部自由端部がオーステナイト相を２０体積％以上含み、該フランジ部自由端部の断面硬さがビッカース硬さで１５０〜３５０、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれ、該縦壁部中央部の断面硬さが該フランジ部自由端部の断面硬さよりもビッカース硬さで５０以上高いことを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項２】
前記鋼板が、質量％で
Ｃ：０．００１〜０．２５０％、
Ｓｉ：０．０１〜３．００％、
Ｍｎ：０．０１〜１０．００％、
Ｐ：０．０５０％未満、
Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｃｒ：５．０〜３０．０％、
Ｎｉ：０．０３〜１５．００％、
Ｎ：０．００１〜０．３００％、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなることを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項３】
さらに前記鋼板が、質量％で
Ｃｕ：０．１０〜５．００％、
Ｍｏ：０．１０〜５．００％、
Ｗ：０．１０〜５．００％、
Ｖ：０．１０〜５．００％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項４】
さらに前記鋼板が、質量％で
Ｔｉ：０．００５〜０．５００％、
Ｎｂ：０．００５〜０．５００％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項５】
さらに前記鋼板が、質量％で
Ａｌ：０．００３〜０．５００％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の構造部材をプレス成形加工により製造する際に、前記プレス成形加工時に、前記縦壁部中央部に８％以上４０％以下の伸び歪が生じるようにプレス成形加工することを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材の製造方法。
【請求項７】
前記構造部材をプレス成形加工により製造する際に、ポンチ温度がダイス温度より１０℃以上低いことを特徴とする請求項６に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材の製造方法。
【請求項１】
オーステナイト相を含み、残部フェライト相および／またはマルテンサイト相並びに不可避的析出相からなる鋼板を成形加工して製造する構造部材の断面がハット形状を有し、該構造部材のフランジ部自由端部がオーステナイト相を２０体積％以上含み、該フランジ部自由端部の断面硬さがビッカース硬さで１５０〜３５０、かつ同一断面において該縦壁部中央部の加工誘起マルテンサイト相が、前記フランジ部自由端部よりも１０体積％以上多く含まれ、該縦壁部中央部の断面硬さが該フランジ部自由端部の断面硬さよりもビッカース硬さで５０以上高いことを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項２】
前記鋼板が、質量％で
Ｃ：０．００１〜０．２５０％、
Ｓｉ：０．０１〜３．００％、
Ｍｎ：０．０１〜１０．００％、
Ｐ：０．０５０％未満、
Ｓ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｃｒ：５．０〜３０．０％、
Ｎｉ：０．０３〜１５．００％、
Ｎ：０．００１〜０．３００％、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物よりなることを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項３】
さらに前記鋼板が、質量％で
Ｃｕ：０．１０〜５．００％、
Ｍｏ：０．１０〜５．００％、
Ｗ：０．１０〜５．００％、
Ｖ：０．１０〜５．００％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項４】
さらに前記鋼板が、質量％で
Ｔｉ：０．００５〜０．５００％、
Ｎｂ：０．００５〜０．５００％、
Ｂ：０．０００３〜０．００５０％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項５】
さらに前記鋼板が、質量％で
Ａｌ：０．００３〜０．５００％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｃａ：０．０００１〜０．００５０％、のうち一種または二種以上を含有することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の構造部材をプレス成形加工により製造する際に、前記プレス成形加工時に、前記縦壁部中央部に８％以上４０％以下の伸び歪が生じるようにプレス成形加工することを特徴とする衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材の製造方法。
【請求項７】
前記構造部材をプレス成形加工により製造する際に、ポンチ温度がダイス温度より１０℃以上低いことを特徴とする請求項６に記載の衝撃吸収特性、形状凍結性及びフランジ部切断性に優れた、自動車、二輪車または鉄道車両用構造部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２８０６０９（Ｐ２００８−２８０６０９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４６９６５（Ｐ２００８−４６９６５）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（５０３３７８４２０）新日鐵住金ステンレス株式会社 (247)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（５０３３７８４２０）新日鐵住金ステンレス株式会社 (247)
【Ｆターム（参考）】
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