汽車用碰撞能量吸收構(gòu)件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在汽車碰撞時(shí)沿軸向壓扁而吸收碰撞能量的汽車用碰撞能量吸收構(gòu) 件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，從保護(hù)地球環(huán)境的觀點(diǎn)考慮，希望能使汽車車身輕質(zhì)化。最近，汽車車身、 特別是駕駛艙（駕駛室）周圍的部件廣泛使用了高強(qiáng)度鋼板，通過(guò)變薄而有助于車身輕質(zhì) 化。與此相對(duì)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)室、后背箱的框架（前車架、后車架）等而言，通過(guò)使用高強(qiáng)度鋼 板帶來(lái)的高強(qiáng)度化停留在780MPa級(jí)鋼板的使用上。其原因在于：前車架、后車架是碰撞能 量吸收構(gòu)件，其具有在碰撞時(shí)發(fā)生劇烈變形而吸收碰撞能量的作用，由于使作為原材料的 鋼板高強(qiáng)度化會(huì)使延展性降低、容易斷裂，碰撞時(shí)的變形形狀變得不穩(wěn)定而難以穩(wěn)定壓曲， 因此容易發(fā)生局部的折斷，雖然進(jìn)行了高強(qiáng)度化，但存在撞擊能量吸收量不高的問(wèn)題。
[0003] 由此，為了推進(jìn)前車架、后車架等碰撞能量吸收構(gòu)件的高強(qiáng)度化，并實(shí)現(xiàn)汽車車身 的進(jìn)一步輕質(zhì)化，期望具有高強(qiáng)度、且具有在碰撞時(shí)能有效地吸收能量的特性的碰撞能量 吸收構(gòu)件。
[0004] 針對(duì)這樣的要求，例如在專利文獻(xiàn)1中記載了一種碰撞能量吸收構(gòu)件，其是使用 由以面積比計(jì)奧氏體占60%以上的組織所形成的鋼板構(gòu)成的。而且，在專利文獻(xiàn)1中，作 為由以面積比計(jì)奧氏體占60%以上的組織所形成的鋼板的例子，記載了含有18~19% Cr-8~12%Ni的奧氏體類不銹鋼板，對(duì)于使用了這樣的鋼板的碰撞能量吸收構(gòu)件而言，碰 撞時(shí)的變形傳播特性得到提高，能夠確保所期望的碰撞能量吸收性能。
[0005] 另外，在專利文獻(xiàn)2中記載了具有尚動(dòng)態(tài)變形阻抗的加工性良好的尚強(qiáng)度鋼板。 專利文獻(xiàn)2記載的高強(qiáng)度鋼板是具有高的動(dòng)態(tài)變形阻抗的鋼板，其包含鐵素體和/或貝氏 體，并且為以其中任一種為主相、且與以體積分?jǐn)?shù)計(jì)含有3~50%的殘留奧氏體的第三相 形成的復(fù)合組織，所述鋼板在超過(guò)〇%且為10%以下的預(yù)變形后，于5X1CT4~5X1(T3(1/ s)的應(yīng)變速度下變形的準(zhǔn)靜態(tài)變形強(qiáng)度〇s與在5X102~5X10 3(l/s)的應(yīng)變速度下變 形的動(dòng)態(tài)變形強(qiáng)度〇d之差：（〇d- 〇s)滿足60MPa以上，并且應(yīng)變5~10%的加工硬化指 數(shù)滿足0. 130以上。根據(jù)專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)，對(duì)于使用（〇d- 〇s)為60MPa以上的鋼 板制造的構(gòu)件而言，與由原材料鋼板強(qiáng)度預(yù)測(cè)的值相比，撞擊時(shí)的構(gòu)件吸收能量增高。
[0006] 另外，在專利文獻(xiàn)3中記載了一種高強(qiáng)度鋼板，其具有由鐵素體相和以相對(duì)于全 部組織的面積率計(jì)為30~70%的硬質(zhì)第二相分散而成的復(fù)合組織，其中，鐵素體相中晶體 粒徑1. 2ym以下的鐵素體的面積率為15~90 %，晶體粒徑1. 2ym以下的鐵素體的平均粒 徑ds與晶體粒徑超過(guò)1. 2ym的鐵素體的平均粒徑dL的關(guān)系滿足dL/ds多3。根據(jù)專利文 獻(xiàn)3記載的技術(shù)，可獲得強(qiáng)度-延展性平衡（該性質(zhì)在壓制成型時(shí)是重要的）得到提高、且 在高速變形時(shí)的能量吸收性優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼板，這樣的高強(qiáng)度鋼板能夠適用于要求高撞擊 能量吸收性能的汽車車身。
[0007] 另外，在專利文獻(xiàn)4及5中對(duì)于使用導(dǎo)入了凹部的矩形筒型構(gòu)件在軸向壓扁變形 時(shí)能夠變形而不會(huì)崩潰、破裂的鋼板進(jìn)行了研宄，其結(jié)果是，通過(guò)對(duì)鐵素體、貝氏體、奧氏 體、析出物的量及尺寸進(jìn)行控制而能夠變形，不會(huì)導(dǎo)致碰撞時(shí)的變形模式崩潰、破裂。
[0008] 另外，非專利文獻(xiàn)1中示出了在撞擊壓扁時(shí)穩(wěn)定壓成蛇腹?fàn)畹拿毙蜆?gòu)件的例 子。該構(gòu)件是由拉伸強(qiáng)度1155MPa、具有超細(xì)晶粒復(fù)相組織、真實(shí)應(yīng)變5~10%時(shí)的n值 為0. 205的薄鋼板制成的。非專利文獻(xiàn)1所記載的薄鋼板是如下的鋼板：其具有0. 15% C-1. 4%Si-4. 0%Mn-0. 05Nb系的組成、具有亞微米尺寸的鐵素體與第二相形成的微觀組 織，作為第二相，含有12~35%的殘留奧氏體，n值較高且具有較大的加工硬化性。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2001-130444號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平11-193439號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2007-321207號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)4:日本特開2008-214645號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2008-231541號(hào)公報(bào)
[0016] 非專利文獻(xiàn)
[0017]非專利文獻(xiàn) 1 :Y.OkitsuandN.Tsuji;Proceedingsofthe2ndInternational SymposiumonSteelScience(ISSS2009)，pp. 253 ~256,Oct. 21-24, 2009,KyotoJapan: TheIronandSteelInstituteofJapan.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 發(fā)明要解決的課題
[0019] 對(duì)于專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)而言，其使用含有大量奧氏體的鋼板構(gòu)成了碰撞能量 吸收構(gòu)件。奧氏體的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方（fee)結(jié)構(gòu)，具有不易脆化且難以斷裂的特性，能 夠在一定程度上提高碰撞時(shí)的吸收能量。但是，專利文獻(xiàn)1記載的含有大量奧氏體的鋼板 的拉伸強(qiáng)度為780MPa左右，比較低，而且在碰撞時(shí)這樣的以較高應(yīng)變速度變形的情況下， 其強(qiáng)度比具有體心立方（bcc)結(jié)構(gòu)組織的鋼板低，作為汽車的碰撞能量吸收構(gòu)件用途，其 強(qiáng)度不充分。此外，制成含有大量奧氏體的鋼板時(shí)，需要制成含有大量Ni、Cr的組成，制造 成本增高。從這點(diǎn)考慮，也存在不適合作為汽車車身用構(gòu)件的問(wèn)題。
[0020] 另外，專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)對(duì)帽型構(gòu)件的評(píng)價(jià)僅實(shí)施到拉伸強(qiáng)度為780MPa左 右。對(duì)于以拉伸強(qiáng)度小于980MPa的鋼板為原材料的構(gòu)件而言，碰撞變形時(shí)容易變形為蛇腹 狀且不產(chǎn)生斷裂、折斷，因此可以由原材料特性來(lái)預(yù)測(cè)構(gòu)件在碰撞變形時(shí)的吸收能量。與此 相對(duì)，對(duì)于以拉伸強(qiáng)度為980MPa以上的鋼板為原材料的構(gòu)件而言，碰撞變形時(shí)產(chǎn)生斷裂、 折斷，構(gòu)件在碰撞變形時(shí)的吸收能量往往顯示出比由原材料特性預(yù)測(cè)的值更低。對(duì)于專利 文獻(xiàn)2記載的技術(shù)而言，抑制拉伸強(qiáng)度980MPa以上的高強(qiáng)度鋼板制成的構(gòu)件在高速壓扁時(shí) 的斷裂、折斷從而穩(wěn)定地提高高速壓扁時(shí)的吸收能量是困難的。
[0021] 另外，根據(jù)專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)，通過(guò)使其成為納米晶粒與微米晶粒的混合 組織，進(jìn)而對(duì)硬質(zhì)第二相的種類、組織分率進(jìn)行最佳化，能夠獲得高強(qiáng)度且具有高延展性的 高強(qiáng)度鋼板。但是，在專利文獻(xiàn)3中沒(méi)有記載使用該鋼板構(gòu)成碰撞能量吸收構(gòu)件，也沒(méi)有提 及抑制碰撞時(shí)構(gòu)件斷裂、折斷，從而沿軸向穩(wěn)定地壓曲成蛇腹?fàn)顏?lái)高效地吸收碰撞能量，在 這方面是不清楚的，其中碰撞時(shí)構(gòu)件斷裂、折斷對(duì)于使用拉伸強(qiáng)度980MPa以上的鋼板制作 的構(gòu)件來(lái)說(shuō)會(huì)成為問(wèn)題。
[0022] 另外，根據(jù)專利文獻(xiàn)4及5所記載的技術(shù)，通過(guò)添加適當(dāng)量的C、Si、Mn、以及選自Ti和Nb中的1種或2種，并且將鋼板組織的鐵素體、貝氏體及殘留奧氏體的量和它們的粒 徑、殘留奧氏體中的C濃度、以及析出物的尺寸及數(shù)量控制為合適值，能夠獲得碰撞能量吸 收性優(yōu)異的構(gòu)件。但是，對(duì)于專利文獻(xiàn)4、5所記載的技術(shù)而言，存在以下問(wèn)題：特別是對(duì)于 拉伸強(qiáng)度980MPa以上的鋼板而言，存在加工后的構(gòu)件有時(shí)在碰撞時(shí)難以穩(wěn)定地軸向壓扁 變形而不會(huì)崩潰、破裂。
[0023]另外，對(duì)于非專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)而言，通過(guò)使用將作為材料加工硬化指標(biāo) 的n值提高到0. 2以上的鋼板制構(gòu)件，即使是拉伸強(qiáng)度為980MPa以上的鋼板，也能夠制成 在碰撞時(shí)沿軸向壓扁成蛇腹?fàn)畹呐鲎材芰课諛?gòu)件。但是，為了制成n值為0. 2以上的鋼 板，存在必須提高C、Mn含量且焊接性變差的問(wèn)題，而且，由于在熱處理時(shí)必須進(jìn)行精密的 溫度控制，因此存在成品率下降、成本增高的問(wèn)題。
[0024]本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而完成，其目的在于提供一種具有拉伸強(qiáng)度TS為980MPa以上的高強(qiáng)度、并且碰撞時(shí)軸向碰撞能量吸收能力優(yōu)異的汽車用碰撞能量吸收 構(gòu)件及其制造方法。需要說(shuō)明的是，這里所說(shuō)的"碰撞時(shí)軸向碰撞能量吸收能力優(yōu)異"是指 在汽車碰撞時(shí)構(gòu)件沿軸向穩(wěn)定壓曲而壓扁變形成蛇腹?fàn)?，具有能夠高效吸收碰撞能量的?性，也稱為"軸向壓扁穩(wěn)定性優(yōu)異"。
[0025]解決問(wèn)題的方法
[0026]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人等對(duì)于在使用拉伸強(qiáng)度TS為980MPa以上的高強(qiáng)度 薄鋼板制作帽型截面的構(gòu)件、并使該構(gòu)件沿軸向碰撞變形時(shí)構(gòu)件的變形行為進(jìn)行了深入研 宄。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在沿軸向壓扁構(gòu)件時(shí)產(chǎn)生的破裂主要在最初的壓曲部產(chǎn)生。而且還發(fā)現(xiàn)， 為了使構(gòu)件穩(wěn)定壓曲而壓扁變形成蛇腹?fàn)?，避免在該最初的壓曲部產(chǎn)生破裂是重要的。由 此想到，關(guān)鍵是在超過(guò)斷裂極限的變形集中到最初的壓曲部之前產(chǎn)生接下來(lái)的壓曲。
[0027]首先，對(duì)本發(fā)明人等進(jìn)行的作為本發(fā)明基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。將2種拉伸強(qiáng) 度TS為980MPa以上的高強(qiáng)度薄鋼板（板