專利名稱：結構材料的熱處理方法及經(jīng)熱處理的結構材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及結構材料的熱處理方法及經(jīng)熱處理的結構材料。
本申請基于2010年8月27日在日本提出申請的日本特愿2010-190741號主張優(yōu)先權，并將其內(nèi)容援引于此。
背景技術：
作為汽車等的結構材料，多采用具有多邊形剖面的管狀的壓制成形品等。這樣的結構材料大致用于兩種用途。一種是構成例如發(fā)動機室(engine compartment)、行李箱 (trunk room)等的結構材料,其以在汽車等發(fā)生碰撞時壓潰而吸收沖擊能量的方式起作用。另一種是構成例如車艙等的結構材料，其是從確保乘客的生存空間的觀點出發(fā)、即使在汽車等發(fā)生碰撞時變形也得到抑制的結構材料。
這樣的結構材料中，無論是用于吸收沖擊能量、還是用于抑制碰撞時的變形，都需要提高結構材料的強度，作為其方法，可舉出增大結構材料的剖面尺寸或壁厚的方法。但是，在這種情況下，結構材料的體積或重量會增加，不僅會導致燃油費的惡化，還會導致車輛之間碰撞時給對方車輛造成的損傷的增大。
另一方面，作為在不增加結構材料的剖面尺寸或壁厚的情況下提高結構材料的強度的方法，已提出了各種對壓制成形品等結構材料局部施加激光熱處理的方法(例如專利文獻I 4)。這里，激光熱處理是指對未處理的結構材料照射能量密度高的激光束從而將結構材料局部加熱至相變溫度或熔點以上的溫度，然后利用自冷卻作用進行淬火硬化。
例如，在專利文獻I中公開了以下方法利用激光對壓制成形品進行局部熱處理來提高壓制成形品的強度。具體而言，在專利文獻I中，將鋼板冷成形后，利用激光束在規(guī)定溫度以上以條紋狀或格子狀快速加熱，然后進行冷卻，從而對冷成形而成的壓制成形品進行強化。通過采用這樣的方法，與將壓制成形品整體同樣地進行熱處理的情況相比，熱處理后的形變的發(fā)生得到抑制。特別是在專利文獻I所公開的方法中，對壓制成形品的外表面上以沿長度方向的條紋狀或者對壓制成形品的整個外表面上以格子狀進行了激光熱處理。
另外，專利文獻2所公開的方法也公開了以抑制形變的發(fā)生并提高壓制成形品的強度為目的對壓制成形品進行局部熱處理的內(nèi)容。特別是在專利文獻2所公開的方法中，對壓制成形品的需要強度的部位、例如通過車輛碰撞試驗、有限元法(Finite Element Method)等解析的高應力部進行熱處理。具體而言，以沿壓制成形品的長度方向全長延伸的筋條狀或格子狀進行了激光熱處理。
進而，在專利文獻3中公開了在將進行激光熱處理的鋼板的含有成分控制成特定的成分的基礎上進行激光熱處理的方法，由此在維持鋼板的加工性的同時提高經(jīng)激光熱處理的部位的強度。在專利文獻3所公開的方法中，也是對需要提高強度的部位進行了激光熱處理，具體而言，以沿壓制成形品的長度方向全長延伸的直線狀進行了激光熱處理。
在專利文獻4中公 開了以下方法以提高壓制成形品的沖擊能量吸收能力為目的，對壓制成形品的外周面沿壓縮載荷的負荷方向以線狀進行激光熱處理。采用這樣的方法，由于向與沖擊載荷的輸入方向相同的方向進行激光熱處理，因此可以在加大對變形的阻力的同時使壓壞模式變得有規(guī)律。特別是在專利文獻4所公開的方法中，沿壓縮載荷的負荷方向并遍及壓制成形品的長度方向全長而連續(xù)地進行了激光熱處理。
總之，在專利文獻I 4所公開的方法中，均對壓制成形品的外表面中需要強度的部分進行了激光熱處理。具體而言，以沿壓制成形品的長度方向全長連續(xù)延伸的線狀進行激光熱處理、或者沿壓制成形品的外表面整體以格子狀等進行激光熱處理。
現(xiàn)有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開昭61-99629號公報
專利文獻2 :日本特開平4-72010號公報
專利文獻3 :日本特開平6-73439號公報
專利文獻4 :日本特開2004-108541號公報發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術問題


圖1示意地表示圓筒狀的結構材料在其軸線方向(X方向)受到壓縮載荷時的軸線方向的壓縮應力σχ與壓縮形變ε χ(圓筒狀的結構材料的相對于長度方向的長度的長度方向的變形量)之間的關系。其中，圖中的ο ” 2 σ 3表示峰值應力，斜線W所示的區(qū)域表示結構材料的吸收能量。特別是O1表示初期峰值應力。
這里，如上所述，在用于汽車等的結構材料中，有碰撞時吸收沖擊能量的結構材料 (以下稱為“沖擊吸收用結構材料”)和碰撞時抑制其變形的結構材料(以下為“變形抑制用結構材料”)。其中，沖擊吸收用結構材料需要盡量增大吸收能量W并使初期峰值應力σ 1較小。
另一方面，變形抑制用結構材料不同于沖擊吸收用結構材料，需要盡量增大初期峰值應力。P這是因為如果初期峰值應力σ i變大，則即使對結構材料施加較大的應力， 結構材料也不易壓曲。因此，需要對變形抑制用結構材料進行激光熱處理以使初期峰值應力σ I變大。
但是，在上述的專利文獻I 4所公開的方法中，在完全沒有考慮初期峰值應力 σ !的情況下進行了激光熱處理，很難說結構材料的變形抑制能力得到了充分提高。
為此，鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于通過對未處理的結構材料的適當?shù)牟课贿M行熱處理使結構材料局部硬化，從而提供變形抑制能力充分提高了的結構材料。
用于解決技術 問題的手段
本發(fā)明者們對于具有向一個方向(例如長度方向)延伸的至少一個彎折部的結構材料，就對未處理的結構材料進行熱處理的區(qū)域(部位或量)與熱處理后的結構材料的變形抑制能力、特別是初期峰值應力之間的關系進行了探討。
其結果是發(fā)現(xiàn)了 通過適當?shù)乜刂评脽崽幚矶不玫降挠不瘏^(qū)域在從各彎折部朝向?qū)挾确较蛏系木嚯x為有效寬度以內(nèi)的有效寬度區(qū)域中所占的比例，可提高結構材料的變形抑制能力、特別是初期峰值應力。
本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)而完成的發(fā)明，其主要內(nèi)容如下所述。
(I)本發(fā)明的一個方式的結構材料的熱處理方法是具備向結構材料的一個方向延伸且在垂直于上述一個方向的方向上被賦予彎曲而成的彎折部的結構材料的熱處理方法， 確定上述彎折部的有效寬度e ;在將從上述彎折部朝向垂直于上述一個方向的方向上的距離為上述有效寬度e以內(nèi)的包含上述彎折部的區(qū)域定義為有效寬度區(qū)域、并將該有效寬度區(qū)域中通過熱處理而硬化的區(qū)域所占的比例定義為硬化率fM時，基于屈服應力σ γ相對于硬化率fM的變化率來確定硬化率fM的范圍；以滿足上述硬化率fM的范圍的方式對上述結構材料的上述有效寬度區(qū)域進行熱處理。
(2)在上述(I)所述的結構材料的熱處理方法中，上述變化率可以是上述硬化率fM 的值為O時的值。
(3)在上述(2)所述的結構材料的熱處理方法中，可以以基于上述變化率算出的加工硬化系數(shù)Eh達到規(guī)定值以上的方式來確定上述硬化率fM的范圍。
(4)在上述(3)所述的結構材料的熱處理方法中，上述規(guī)定值可以是上述硬化率fM 為I時的加工硬化系數(shù)Eh。
(5)在上述(2)所述的結構材料的熱處理方法中，在將上述硬化率fM為I時的流變應力與上述硬化率fM為O時的流變應力之差定義為Λ σ h、將上述硬化率fM為I時的屈服應力與上述硬化率fM為O時的屈服應力之差定義為Λ σ γ、將上述變化率定義為b時，上述硬化率fM的范圍可以是下述式(I)所示的fM_min以上且低于I。
(數(shù)學式圖1)
權利要求
1.一種結構材料的熱處理方法，其特征在于，其是具備向結構材料的一個方向延伸且在垂直于所述一個方向的方向上被賦予彎曲而成的彎折部的結構材料的熱處理方法，包括以下步驟確定所述彎折部的有效寬度e ；在將從所述彎折部朝向垂直于所述一個方向的方向上的距離為所述有效寬度e以內(nèi)的包含所述彎折部的區(qū)域定義為有效寬度區(qū)域、并將該有效寬度區(qū)域中通過熱處理而硬化的區(qū)域所占的比例定義為硬化率fM時，基于屈服應力σ γ相對于硬化率fM的變化率來確定硬化率fM的范圍；以滿足所述硬化率fM的范圍的方式對所述結構材料的所述有效寬度區(qū)域進行熱處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，所述變化率是所述硬化率fM的值為O時的值。
3.根據(jù)權利要求2所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，以基于所述變化率而算出的加工硬化系數(shù)Eh達到規(guī)定值以上的方式來確定所述硬化率fM的范圍。
4.根據(jù)權利要求3所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，所述規(guī)定值是所述硬化率fM為I時的加工硬化系數(shù)Eh。
5.根據(jù)權利要求2所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，在將所述硬化率fM為 I時的流變應力與所述硬化率fM為O時的流變應力之差定義為△ σ h、將所述硬化率fM為I 時的屈服應力與所述硬化率fM為O時的屈服應力之差定義為△ σγ、將所述變化率定義為b 時，所述硬化率fM的范圍為下述式(I)所示的fM_min以上且低于1，
6.根據(jù)權利要求5所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，所述硬化率fM的范圍為下述式(2)所示的fM_max以下，
7.根據(jù)權利要求1所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，將所述變化率與流變應力σ h相對于硬化率fM的變化率相等時的邊界硬化率fM確定為fM_max，并基于該fM_max來確定所述硬化率fM的范圍。
8.根據(jù)權利要求7所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，將所述硬化率fM的范圍確定為滿足下述式(3)的范圍，O· 5fM_max < fM〈1...⑶。
9.根據(jù)權利要求7所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，將所述硬化率fM的范圍確定為滿足下述式(4)的fM_min以上且低于1，0 Y (fVmin) _ 0 YM- · · (4)。
10.根據(jù)權利要求1所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，在將硬化率fM為I時的流變應力與硬化率fM為O時的流變應力之差定義為Λ σ h時，以該Λ σ h與所述變化率之差達到規(guī)定值以下的方式來確定所述硬化率fM的范圍。
11.根據(jù)權利要求1所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，關于所述結構材料中含有的化學成分，在將碳的質(zhì)量百分率定義為C、將硅的質(zhì)量百分率定義為S1、將錳的質(zhì)量百分率定義為Mn、將鎳的質(zhì)量百分率定義為N1、將鉻的質(zhì)量百分率定義為Cr、將鑰的質(zhì)量百分率定義為Mo、將鈮的質(zhì)量百分率定義為Nb、將釩的質(zhì)量百分率定義為V時，通過所述熱處理而硬化的區(qū)域是由下述式(5)及(6)算出的維氏硬度以上的區(qū)域，Hv=O. 8(950Ceq+260) ... (5)Ceq=C+0. 004Si+0. 011Μη+0. 02Ν +0. 012Cr+0. OI6M0+O. 006Nb+0. 0025V. · · (6)。
12.根據(jù)權利要求1所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，所述熱處理通過激光來進行。
13.根據(jù)權利要求1所述的結構材料的熱處理方法，其特征在于，所述熱處理的I道次遍及所述一個方向的全長而連續(xù)地進行。
14.一種經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，其是具備向結構材料的一個方向延伸且在垂直于所述一個方向的方向上被賦予彎曲而成的彎折部的結構材料，在將從所述彎折部朝向垂直于所述一個方向的方向上的距離為有效寬度e以內(nèi)的包含所述彎折部的區(qū)域定義為有效寬度區(qū)域、并將該有效寬度區(qū)域中通過熱處理而硬化的區(qū)域所占的比例定義為硬化率fM時，該硬化率fM低于I且包含在基于屈服應力σγ相對于硬化率fM的變化率而確定的硬化率fM的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權利要求14所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，所述變化率是所述硬化率fM的值為O時的值。
16.根據(jù)權利要求15所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，所述硬化率fM的范圍是以基于所述變化率而算出的加工硬化系數(shù)Eh達到規(guī)定值以上的方式確定的范圍。
17.根據(jù)權利要求16所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，所述規(guī)定值是硬化率 fM為I時的加工硬化系數(shù)Eh。
18.根據(jù)權利要求14所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，在將所述硬化率fM為 I時的流變應力與所述硬化率fM為O時的流變應力之差定義為△ σ h、將所述硬化率fM為I 時的屈服應力與所述硬化率fM為O時的屈服應力之差定義為△ σγ、將所述變化率定義為b 時，所述硬化率fM的范圍為下述式(7)所示的fM_min以上，
19.根據(jù)權利要求18所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，所述硬化率fM的范圍為下述式(8)所示的fM_max以下，
20.根據(jù)權利要求18所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，所述各流變應力被定義為產(chǎn)生了 5%的塑性形變時的屈服強度。
21.根據(jù)權利要求14所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，在將垂直于所述一個方向的寬度尺寸定義為W、將硬化率fM為O時的屈服應力定義為σ Y(1、將在結構材料的所述一個方向的最大應力達到該σ γο時的應力向所述一個方向賦予時的垂直于所述一個方向的寬度方向上的各位置的應力定義為0!￡時，所述有效寬度e由下述式(9)來定義，
22.根據(jù)權利要求14所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，在將厚度尺寸定義為 t、將泊松比定義為V、將彈性模量定義為E、將硬化率fM為O時的屈服應力定義為σγ(ι時， 所述有效寬度e由下述式(10)來定義，
23.根據(jù)權利要求14所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，在將厚度尺寸定義為 t、將垂直于所述一個方向的寬度尺寸定義為W、將彈性模量定義為E、將硬化率fM為O時的屈服應力定義為σγ(ι時，所述有效寬度e由下述式(11)來定義，
24.根據(jù)權利要求14所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，關于所述結構材料中含有的化學成分，在將碳的質(zhì)量百分率定義為C、將硅的質(zhì)量百分率定義為S1、將錳的質(zhì)量百分率定義為Mn、將鎳的質(zhì)量百分率定義為N1、將鉻的質(zhì)量百分率定義為Cr、將鑰的質(zhì)量百分率定義為Mo、將鈮的質(zhì)量百分率定義為Nb、將釩的質(zhì)量百分率定義為V時，通過所述熱處理而硬化的區(qū)域是由下述式(12)及(13)算出的維氏硬度以上的區(qū)域，Hv=O. 8 (950Ceq+260). . · (12)Ceq=C+0. 004Si+0. 011Μη+0. 02Ν +0. 012Cr+0. OI6M0+O. 006Nb+0. 0025V. · . (13)。
25.根據(jù)權利要求14所述的經(jīng)熱處理的結構材料，其特征在于，所述熱處理通過激光來進行。σ: ν ■ (9)
全文摘要
本發(fā)明的結構材料的熱處理方法是具備向結構材料的一個方向延伸且在垂直于上述一個方向的方向上被賦予彎曲而成的彎折部的結構材料的熱處理方法，確定上述彎折部的有效寬度e；在將從上述彎折部朝向垂直于上述一個方向的方向上的距離為上述有效寬度e以內(nèi)的包含上述彎折部的區(qū)域定義為有效寬度區(qū)域、并將該有效寬度區(qū)域中通過熱處理而硬化的區(qū)域所占的比例定義為硬化率fM時，基于屈服應力σY相對于硬化率fM的變化率來確定硬化率fM的范圍；以滿足上述硬化率fM的范圍的方式對上述結構材料的上述有效寬度區(qū)域進行熱處理。
文檔編號C21D9/00GK103069021SQ20118004101
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權日2010年8月27日
發(fā)明者桑山卓也, 鈴木規(guī)之, 宮崎康信, 川崎薰, 米村繁 申請人:新日鐵住金株式會社