JP3690246B2 - ハイドロフォーム用金属管およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型内で管内に内圧をかけて所定の自動車部品形状にハイドロフォームされる、例えばサスペンションアームなどの足廻り部品、シャシー部品、ボディー部品、フレーム構造部品などの閉断面自動車構造部品用途に用いられる金属管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属管をハイドロフォームにより閉断面自動車部品形状に加工する技術は、金属板プレス品を加工する技術による場合に比べて溶接代が不要なため軽量・高剛性な部品が得られる特徴がある。金属管をハイドロフォームにより自動車部品形状に加工する技術として、例えば特公平５−５５２０９号公報には箱形状の横断面を有したフレーム部材を形成する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、金属管をハイドロフォームにより閉断面自動車部品形状に加工する技術は、断面周長さが素管の周長さと素管のハイドフォローム変形能に制約されるため、これまで長手方向で周長さの大きく異なる部分をもつ部品に適用することができず、特公平５−５５２０９号公報による方法でも周長さが素管の５％を超える設計を行った場合、割れなどの不具合が生じる問題があった。
【０００４】
この発明は上記のような周長さ方向張出し時の問題点を解決するために、ハイドロフォーム素材の材質面からなされたもので、ハイドロフォーム性に優れた鋼管およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、金属管及びその素材となる金属帯の機械的特性がハイドロフォーム加工性に及ぼす影響について、化学成分、製造条件の種々異なる金属帯及びこの金属帯を素材として金属管を製造し、検討を行った。金属帯の肉厚は０．８〜６ｍｍで、この金属帯を素材として外径２２〜２５４ｍｍの金属管を製造し、金属帯、金属管から引張試験片を採取し、金属管の常温時効指数を（１）式、金属帯の板常温時効指数を（２）式により求めた。
【０００６】
金属管の管常温時効指数（ＲＴＡＩp；ＭＰａ）＝ＹＰaged（３０℃×１ヶ月の常温時効処理後の管降伏強度；ＭＰａ）−ＹＰ（素管の降伏強度；ＭＰａ）・・・（１）
金属帯の板常温時効指数（ＲＴＡＩ；ＭＰａ）＝ＦＳaged（１０％予歪み＋３０℃×１ヶ月の常温時効処理後の流動応力）−ＦＳ（１０％予歪み時の流動応力）・・・（２）
次に、金属管のハイドロフォーム加工性をバルジ試験により、評価した。図１に、液圧バルジ試験に用いる装置を模式的に示す。試験装置は成形型移動機構、軸圧縮力負荷機構、液圧発生機構およびそれらを制御するコンピューター９よりなり、自由バルジ試験の場合は素管１に内圧を油圧ポンプ８、圧力増幅器７、圧力計６よりなる液圧発生機構により、軸圧縮機3ａ、３ｂを経て負荷する。
【０００７】
型バルジ試験の場合は、成形型2ａ、２ｂに素管１を挿入後、内圧を負荷し成形する。軸圧縮機３ａ、３ｂの変位量は変位計４ａ、４ｂ、成形型２ａの変位量は変位計５により、また内圧は圧力計６によりコンピューター９に取り込まれ制御に用いられる。
【０００８】
尚、液圧バルジ試験の詳細は社団法人自動車技術会学術講演会前刷集９８１５３「自動車用電縫鋼管のハイドフォローミング変形特性」１９９８−５ ｐ１４９、平成１１年度塑性加工春季講演会予稿集ｐ２３７「予成形連続型成形による異形断面材の試作検討」等に記載されている。
【０００９】
その結果、金属帯や金属管の常温時効指数がある特定の範囲にある場合、金属管のハイドロフォーム性が優れていることを見出したもので、本発明はこれらの知見を基になされたものである。すなわち、本発明は、
１．質量でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｍｎ：０．４〜１．３％を含有する熱延鋼板或いは溶融亜鉛メッキ鋼板を素材とし、対象鋼管寸法ｔ／Ｄが１．９６〜５．２５％（但し、ｔ：管厚み、Ｄ：管肉厚）であるとともに、管常温時効指数（ＲＴＡＩp）が４０ＭＰａ以下であることを特徴とするハイドロフォーム用金属管。
但し、管常温時効指数（ＲＴＡＩp；ＭＰａ）＝ＹＰaged(３０℃×１ヶ月の常温時効処理後の管降伏強度；ＭＰａ)−ＹＰ（素管の降伏強度；ＭＰａ）
２．板常温時効指数（ＲＴＡＩ）が４０ＭＰａ以下であり、質量でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｍｎ：０．４〜１．３％を含有する熱延鋼板或いは溶融亜鉛メッキ鋼板から対象鋼管寸法ｔ／Ｄが１．９６〜５．２５％（但し、ｔ：管厚み、Ｄ：管肉厚）であるハイドロフォーム用金属管を製管することを特徴とするハイドロフォーム用金属管の製造方法。
但し、板常温時効指数（ＲＴＡＩ；ＭＰａ）＝ＹＳaged(１０％予歪み＋３０℃×１ヶ月の常温時効処理後の流動応力)−ＦＳ（１０％予歪み時の流動応力）
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、金属管の管常温時効指数（ＲＴＡＩp）が４０ＭＰａ以下のものを、ハイドロフォーム用金属管とする。金属管の常温時効指数（ＲＴＡＩp）を、４０ＭＰａ以下とした場合、液圧自由バルジ試験および型バルジ試験において、優れた破断限界周長増加率が得られる。
【００１１】
図２及び図３に金属管の管常温時効指数（ＲＴＡＩｐ）と液圧自由バルジ試験における破断限界周長増加率の関係を示す。液圧自由バルジ試験は、素管が型に接触していない変形状態でのハイドロフォーム性を示すもので、破断限界周長増加率により、変形部長さ２Ｄ（Ｄ:管外径)、軸圧縮なし（図２）及びあり（図３）の２条件で評価した。ここで、軸圧縮力は管体の応力比（軸方向応力／円周方向応力）＝０となる条件とした。
金属管の管常温時効指数（ＲＴＡＩp）が４０ＭＰａ以下の場合、軸圧縮なしの条件で、２２％以上、軸圧縮ありの条件で４０％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００１２】
図４及び図５に金属管の管常温時効指数（ＲＴＡＩp）と液圧型バルジ試験における破断限界周長増加率の関係を示す。型バルジ試験は、型拘束時のハイドロフォーム性を示すもので、縦横比２：１の矩形断面形状をもつ型内部での型バルジ試験を行い、軸圧縮なし（図４）及びあり（図５）の２条件における破断限界周長増加率により評価した。ここで軸圧縮力は座屈しない最大値とした。
金属管の管常温時効指数（ＲＴＡＩp）が４０ＭＰａ以下の場合、軸圧縮なしの条件で、１０％以上、軸圧縮ありの条件で１４％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００１３】
更に、本発明では、常温時効指数（ＲＴＡＩ）が４０ＭＰａ以下の金属帯ものを製管し、ハイドロフォーム用金属管を製造する。金属帯の板常温時効指数（ＲＴＡＩ）を、４０ＭＰａ以下とした場合、製管された金属管は液圧自由バルジ試験および型バルジ試験において、優れた破断限界周長増加率が得られる。
【００１４】
図６及び図７に金属管の製造に用いた金属帯の板常温時効指数（ＲＴＡＩ）と液圧自由バルジ試験における破断限界周長増加率の関係を示す。
図６は軸圧縮力なし、図７は軸圧縮力ありの場合を示す。
【００１５】
金属帯のＲＴＡＩが４０ＭＰａ以下の場合、軸圧縮なしで２０％以上、軸圧縮力ありの場合は３６％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００１６】
図８及び図９に金属管の製造に用いた金属帯の板常温時効指数（ＲＴＡＩ）と液圧型バルジ試験における破断限界周長増加率の関係を示す。
図８は軸圧縮力なし、図９は軸圧縮力ありの場合を示す。
【００１７】
金属帯のＲＴＡＩが４０ＭＰａ以下の場合、軸圧縮なしで８％以上、軸圧縮ありで１２％以上の優れた周長増加率が得られる。
【００１８】
なお、本発明によるハイドロフォーム用金属管及び本発明により製造されたハイドロフォーム用金属管は、曲げ、プレス、ハイドロフォーム、スウェージなどによる予備成形後にハイドロフォームされてもよく、さらに高い張り出し量を得るために管表面に潤滑油を塗布、あるいは潤滑皮膜を形成させてもよい。鋼帯から管を成形する際のシーム接合方法は電縫溶接、レーザ溶接、ＴＩＧ溶接、鍛接などをとることができる。金属管の材質は、鋼管、表面処理鋼管、ステンレス鋼管など特に限定されない。
【００１９】
【実施例】
次に、本発明の鋼管について具体的に説明する。質量でＣ：０．０５〜０．１５、Ｍｎ：０．４〜１．３％を含有する鋼スラブを仕上げ温度８４０℃の条件で熱間圧延後酸洗した熱延鋼帯、溶融亜鉛メッキ鋼帯を管状にロール成形後溶接し、幅絞り率４％の条件で溶接鋼管とした。なお、幅絞り率は次式による。
幅絞り＝｛[ スリット幅 ]−π([外径]−[板厚])｝／π（[外径]−[板厚]）×（１００％）
このようにして得られた鋼管の強度、ＴＳ及び管常温時効指数、ＲＴＡＩｐをＪＩＳ１１号及びＪＩＳ１２号により評価すると共に、そのハイドロフォーム性を液圧自由バルジ試験及び型バルジ試験により評価した。
【００２０】
その結果を表１に示す。本発明による管の常温時効指数ＲＴＡＩpが４０ＭＰａ以下であるＮｏ．１〜６のハイドロフォーム用金属管は、液圧自由バルジ゛試験において周長増加率が軸圧縮なしで２２％以上、軸圧縮ありで４４％以上、型バルジ゛試験において周長増加率が軸圧縮なしで１０％以上、軸圧縮ありで１４％以上と高いハイドロフォーム性が得られた。
【００２１】
一方、ＲＴＡＩpが４０ＭＰａを超えるＮｏ．７〜１２のハイドロフォーム用金属管は、液圧自由バルジ試験において周長増加率が軸圧縮なしで２２％未満、軸圧縮ありで４４％未満、型バルジ試験において周長増加率が軸圧縮なしで１０％未満、軸圧縮ありで１４％未満と周長さ方向の張り出し加工に必要なハイドロフォーム性が得られなかった。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表２には原板条件とハイドロフォーム性の例を示す。本発明による常温時効指数、ＲＴＡＩが４０ＭＰａ以下であるＮｏ．１３〜１８の鋼帯を原板としたハイドロフォーム用金属管は、液圧自由バルジ試験において周長増加率が軸圧縮なしで２０％以上、軸圧縮ありで３６％以上、型バルジ試験において周長増加率が軸圧縮なしで８％以上、軸圧縮ありで１２％以上の高いハイドロフォーム性が得られる。
【００２４】
一方、ＲＴＡＩｐが４０ＭＰａを超えるＮｏ．１９〜２４の鋼帯を原板としたハイドロフォーム用金属管は、液圧自由バルジ試験において周長増加率が軸圧縮なしで２０％未満、軸圧縮ありで３６％未満、型バルジ゛試験において周長増加率が軸圧縮なしで８％未満、軸圧縮ありで１２％未満と周長さ方向の張り出し加工に必要なハイドロフォーム性が得られない。
【００２５】
管及び板の常温時効指数評価は、評価の迅速性の観点からＨｕｎｄｙの式（Ｈｕｎｄｙ，Ｂ．Ｂ．；Ｊ．Ｉｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＩｎｓｔ．，１７８（１９５４）ｐ．３４−３８）などによる等価時効時間の促進条件で評価することも可能である。
【００２６】
なお、上述した実施例はこの発明を説明するためのものであり、この発明を何等限定するものではない。
【００２７】
【表２】

【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、金型内で管内に内圧をかけて所定の自動車部品形状にハイドロフォームされる、例えばサスペンションアームなどの足廻り部品、シャシー部品、ボディー部品、フレーム構造部品などの閉断面自動車構造部品において、周長さ方向張出し時割れ或いは部分的な肉厚減少が回避され、従来よりも厳しい加工を要する成形品まで製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液圧バルジ試験に用いた装置の模式図。
【図２】ＲＴＡＩｐ（金属管の管常温時効指数；ＭＰａ）と液圧自由バルジ試験（軸圧縮力なし）における破断限界周長増加率の関係を示す図。
【図３】ＲＴＡＩｐ（金属管の管常温時効指数；ＭＰａ）と液圧自由バルジ試験（軸圧縮力あり）における破断限界周長増加率の関係を示す図。
【図４】ＲＴＡＩｐ（金属管の管常温時効指数；ＭＰａ）と液圧型バルジ試験（軸圧縮力なし）における破断限界周長増加率の関係を示す図。
【図５】ＲＴＡＩｐ（金属管の管常温時効指数；ＭＰａ）と液圧型バルジ試験（軸圧縮力あり）における破断限界周長増加率の関係を示す図。
【図６】素材である金属帯のＲＴＡＩ（金属帯の板常温時効指数；ＭＰａ）と液圧自由バルジ試験（軸圧縮力なし）における破断限界周長増加率の関係を示す図。
【図７】素材である金属帯のＲＴＡＩ（金属帯の板常温時効指数；ＭＰａ）と液圧自由バルジ試験（軸圧縮力あり）における破断限界周長増加率の関係を示す図。
【図８】素材である金属帯のＲＴＡＩ（金属帯の板常温時効指数；ＭＰａ）と液圧型バルジ試験（軸圧縮力なし）における破断限界周長増加率の関係を示す図。
【図９】素材である金属帯のＲＴＡＩ（金属帯の板常温時効指数；ＭＰａ）と液圧型バルジ試験（軸圧縮力あり）における破断限界周長増加率の関係を示す図。
【符号の説明】
１…素材、
２ａ，２ｂ…成形型、
３ａ，３ｂ…軸圧縮装置、
４ａ，４ｂ…軸圧縮装置用変位計。
５・・・成形用変位計
６・・・圧力計
７・・・圧力増幅器
８・・・油圧ポンプ
９・・・制御用コンピュータ

Claims (2)

1. 質量でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｍｎ：０．４〜１．３％を含有する熱延鋼板或いは溶融亜鉛メッキ鋼板を素材とし、対象鋼管寸法ｔ／Ｄが１．９６〜５．２５％（但し、ｔ：管厚み、Ｄ：管肉厚）であるとともに、管常温時効指数（ＲＴＡＩp）が４０ＭＰａ以下であることを特徴とするハイドロフォーム用金属管。
   但し、管常温時効指数（ＲＴＡＩp；ＭＰａ）＝ＹＰaged(３０℃×１ヶ月の常温時効処理後の管降伏強度；ＭＰａ)−ＹＰ（素管の降伏強度；ＭＰａ）
2. 板常温時効指数（ＲＴＡＩ）が４０ＭＰａ以下であり、質量でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｍｎ：０．４〜１．３％を含有する熱延鋼板或いは溶融亜鉛メッキ鋼板から対象鋼管寸法ｔ／Ｄが１．９６〜５．２５％（但し、ｔ：管厚み、Ｄ：管肉厚）であるハイドロフォーム用金属管を製管することを特徴とするハイドロフォーム用金属管の製造方法。
   但し、板常温時効指数（ＲＴＡＩ；ＭＰａ）＝ＹＳaged(１０％予歪み＋３０℃×１ヶ月の常温時効処理後の流動応力)−ＦＳ（１０％予歪み時の流動応力）

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