Элемент, поглощающий энергию при столкновении транспортных средств, с отличными энергопоглотительными характеристиками, а также способ его изготовления

Элемент, поглощающий энергию при столкновении транспортных средств, с отличными энергопоглотительными характеристиками, а также способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Предметом настоящего изобретения является элемент, поглощающий энергию при столкновении, для транспортного средства (называемый также осевым энергопоглотительным элементом для транспортного средства), который сминается в осевом направлении при столкновении транспортных средств, поглощая при этом энергию их столкновения, и, в частности, обеспечивая стабильное улучшение энергопоглотительных характеристик при столкновении транспортных средств.

Уровень техники

В последние годы, с точки зрения охраны глобальной окружающей среды, наблюдается спрос на снижение веса кузовов транспортных средств. В наши дни для изготовления кузовов транспортных средств используются высокопрочные стальные листы, в частности такие листы используются для изготовления периферийных элементов пассажирского салона (кабины), что обеспечивает снижение веса корпуса транспортного средства за счет уменьшения толщины его стенок. В то же самое время, прочность высокопрочных стальных листов, используемых для изготовления моторного отделения и рам (передней рамы и задней рамы) корпуса с целью повышения их прочности, едва достигает 780 МПа в лучшем случае. Причина этого заключается в том, что высокопрочный стальной лист, используемый в качестве материала для изготовления передней и задней рам, не может быть чрезмерно увеличен, так как это приводит к перечисленным ниже проблемам, и вовсе не обязательно обеспечивает повышение поглощения энергии удара, пропорциональное повышению прочности. То есть, при повышении прочности стального листа может понижаться пластичность передней или задней рам, выполняющих роль элементов поглощения энергии столкновения и подвергающихся при столкновении значительной деформации, чтобы поглотить энергию столкновения, что может приводить к интенсивному образованию трещин, нестабильности формы после деформации, что приводит к невозможности достижения стабильности деформированной конструкции, в результате чего легко могут возникать локальные разрушения.

С учетом вышеуказанных обстоятельств, существует необходимость создания элемента, поглощающего энергию при столкновениях, способного эффективно поглощать энергию удара при столкновении, но обладающего при этом повышенной прочностью, с целью повышения прочности поглощающего энергию столкновения элемента, образующего переднюю или заднюю раму, для дальнейшего снижения веса кузова транспортного средства.

С целью удовлетворения такой потребности, например, в патентном документе (ПД) 1 раскрывается поглощающий энергию столкновения элемент, выполненный из стали с микроструктурой, содержащей аустенит в количестве 60% или более по соотношению площадей. В патентном документе 1 также в качестве примера стального листа с микроструктурой, содержащей 60% или более аустенита по соотношению площадей, раскрывается лист из аустенитной нержавеющей стали, содержащий Cr от 18 до 19%, Ni от 8 до 12%, для которого было продемонстрировано, что характеристики распространения деформации элемента, поглощающего энергию столкновения, можно улучшить путем использования выполнения такого элемента из вышеуказанной стали, обеспечивая тем самым требуемые характеристики поглощения энергии столкновения.

В ПД 2 раскрывается высокопрочный стальной лист с хорошей обрабатываемостью и высокой сопротивляемостью динамическим деформациям. Высокопрочный стальной лист, описываемый в ПД 2, выполнен из многофазного сплава, содержащего феррит и/или бейнит, любой из которых используется в качестве главной фазы, и третичную фазу, включающую остаточный аустенит от 3 до 50% по объему, и обладает высокой сопротивляемостью динамическим деформациям, при которой, после предварительного деформирования от более 0% до 10% или менее, разность между прочностью при квазистатической деформации σ_s и прочностью при динамической деформации σ_d(σ_d-σ_s) составляет по меньшей мере 60 МПа; при этом значение прочности при квазистатической деформации σ_s получают путем деформирования стального листа со скоростью от 5×10^-4 до 5×10^-3 (сек^-1), прочность при динамической деформации σ_d получают при деформировании стального листа со скоростью от 5×10^-2 до 5×10³ (сек^-1), а показатель упрочнения при деформации от 5% до 10% составляет по меньшей мере 0,130. Согласно технологии, раскрываемой в ПД 2, элемент, изготовленный из стального листа, имеющего (σ_d-σ_s) по меньшей мере 60 МПа, способен поглощать больше энергии при столкновении, по сравнению с величиной, полученной в результате оценки прочности этого стального листа.

Далее, в ПД 3 раскрывается высокопрочный стальной лист многофазной микроструктуры, включающей ферритную фазу и твердую вторичную фазу, составляющую от 30 до 70% от всей микроструктуры по соотношению площадей; при этом ферритная и высокопрочная вторичная фазы диспергированы в стальном листе, в котором доля площади феррита с диаметром зерен 1,2 мкм или менее в ферритной фазе составляет от 15% до 90%, и отношение между средним диаметром зерен σ_s феррита с диаметром зерен 1,2 мкм или менее и средним диаметром зерен dL феррита с диаметром зерен более 1,2 мкм удовлетворяет следующему неравенству: dL/σs≥3. Технология, раскрываемая в ПД 3, позволяет улучшить баланс между прочностью и пластичностью, что важно при штамповке, с получением в результате высокопрочного стального листа с отличной энергопоглотительной способностью при высокоскоростных деформациях, так что полученный таких образом высокопрочный стальной лист можно использовать при изготовлении кузова транспортного средства, требующего высоких характеристик поглощения энергии при столкновения.

Далее, согласно ПД 4 и 5, проводились исследования, использующие корытообразные трубчатые элементы, устанавливаемые в углублениях стальных листов, способных деформироваться при приложении осевой ударной нагрузки без крошения и растрескивания, и было обнаружено, что количество и размер феррита, бейнита, аустенита и дисперсных частиц можно контролировать таким образом, чтобы обеспечить возможность деформации стального листа без крошения и растрескивания в режиме деформации при ударной нагрузке.

Далее, в непатентном документе (НПД) 1 описаны примеры деталей корытообразного профиля, которые стабильно складывались в гофрированную форму при ударной нагрузке. Данный элемент был сформирован из тонкого стального листа, имеющего прочность на разрыв 1155 МПа и многофазную микроструктуру со сверхмелким зерном, постоянная n (n-value) которого составляет 0,205 для истинной деформации в диапазоне от 5% до 10%. Тонкий стальной лист, описанный в НПД 1, имел следующий химический состав: 0,15% C, 1,4% Si, 4,0% Mn, 0,05% Nb, и обладал микроструктурой, включающей феррит и вторичную фазу, где обе они характеризовались субмикронными размерами, причем вторичная фаза содержала остаточный аустенит в количестве от 12% до 35%, то есть имела высокую постоянную n и обладала высокой способностью к деформационному упрочнению.

Список процитированных документов Патентная документация

ПД 1: JP 2001-130444 A

ПД 2: JP H11-193439 A

ПД 3: JP 2007-321207 A

ПД 4: JP 2008-214645 А

ПД 5: JP 2008-231541 А

Непатентная документация

НПД 1: Y. Okitsu and N. Tsuji; "Proceedings of the 2nd International Symposium on Steel Science (ISSS 2009)", стр 253-256, Окт. 21-24, 2009, Киото, Япония, The Iron and Steel Institute of Japan.

Раскрытие изобретения (Поставленная техническая задача)

Согласно технологии, раскрытой в ПД 1, элемент поглощения энергии столкновения сформирован из стального листа с высоким содержанием аустенита. Аустенит имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру, и, таким образом, его отличительным признаком является то, что он менее подвержен хрупкости и явлениям разрушения, что, в определенной степени, может повысить количество поглощаемой при столкновении энергии. Однако стальной лист с высоким содержанием аустенита, подобный листам, раскрытым в ПД 1, имеет низкую прочность на разрыв порядка 780 МПа, и кроме того его прочность ниже чем у стальных листов с объемно-центрированной кубической (ОЦК) структурой при высокоскоростных деформациях, какие бывают при столкновении, вследствие чего его прочность оказывается недостаточной для использования в качестве материала для изготовления элемента, поглощающего энергию столкновения транспортного средства. Кроме того, для получения стального листа с высоким содержанием аустенита необходимо увеличить содержание Ni и Cr, что влечет за собой повышение стоимости производства. С этой точки зрения описанный в ПД 1 стальной лист является непригодным для изготовления элементов кузова транспортного средства.

Согласно раскрытой в ПД 2 технологии оценка элементов корытообразной формы производилась только для стального листа с прочностью на разрыв около 780 МПа максимум. Элемент, сформованный из стального листа с прочностью на разрыв ниже 980 МПа, при столкновении легко деформируется, приобретая гофрированную форму, без образования изломов и трещин, и, таким образом, энергию, которую должен поглотить данный элемент при столкновении, можно вычислить на основе свойств материала. И наоборот, элемент, сформованный из стального листа с прочностью на разрыв 980 МПа и выше, при столкновении ломается и трескается, и, таким образом, энергия, которую поглощает данный элемент при столкновении, часто оказывается ниже величины, полученной путем расчетов из свойств материала. Технология, описанная в ПД 2, сталкивается с трудностями при подавлении изломо- и трещинообразования, возникающего при высокоскоростных деформациях элемента, изготовленного из высокопрочного стального листа с прочностью на разрыв 980 МПа или выше, в то время как такое подавление необходимо для увеличения поглощаемой элементом при столкновении энергии.

Согласно технологии, описанной в ПД 3, стальной лист имеет смешанную микроструктуру, включающую нанокристаллические и микрокристаллические зерна, в которой тип и доля микроструктуры твердой вторичной фазы оптимизированы с целью получения высокопрочного стального листа, обладающего как высокой прочностью, так и высокой пластичностью. Однако в ПД 3 не описан способ получения элемента, поглощающего энергию столкновения, из стального листа и не приводится какой-либо информации по подавлению образования изломов и трещин, которое становится проблемой в тех случаях, когда энергопоглотительный элемент, который должен стабильно деформироваться в гофрированную форму для эффективного поглощения энергии при столкновении, изготавливают из стального листа с прочностью на разрыв 980 МПа или выше, и вопрос такого подавления, таким образом, остается непроясненным.

Далее, согласно технологии, описанной в ПД 4 и 5, используются такие количества каждого из компонентов, а именно C, Si,% Mn, и Ti и/или Nb, которые является оптимальными для образования соответствующего количества феррита, бейнита и остаточного аустенита в микроструктуре стального листа, размера ее зерен, концентрации С в остаточном аустените и размера и количества дисперсных частиц, чтобы при осевом смятии за счет этого получить деформацию без описанных выше явлений выкрашивания и растрескивания. Однако данная технология может сталкиваться с трудностями в достижении стабильной деформации при осевом смятии без выкрашивания и растрескивания, особенно в случае использования стального листа с прочностью на разрыв 980 МПа или выше, и стабильное поглощение энергии, которое необходимо при осевом смятии, по сути гарантируется только для тех случаев, когда стальной лист обладает сочетанием вышеупомянутых химического состава и микроструктуры, и, таким образом, существует необходимость в создании элемента, сформированного из стального листа с прочностью на разрыв 980 МПа или выше, обеспечивающего подавление образования изломов и трещин при высокоскоростных деформациях, чтобы он стабильно деформировался, приобретая гофрированную форму.

Согласно технологии, раскрытой в НПД 1, элемент изготовляют из стального листа с улучшенной постоянной n, которая является показателем способности элемента к деформационному упрочнению, с целью создания элемента, поглощающего энергию столкновения, приобретающего при столкновении в осевом направлении гофрированную форму. Однако авторы настоящего изобретения провели дополнительные исследования, в результате которых было обнаружено, что даже когда для изготовления элемента поглощения энергии столкновения (удара) используется стальной лист с постоянной n выше 0,205, и данный элемент все-таки может иногда оказаться неспособным стабильно деформироваться (сжиматься) в гофрированную форму при ударном деформировании в осевом направлении.

Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеуказанных проблем, характерных для традиционной технологии, и объектом настоящего изобретения является: элемент, поглощающий энергию столкновения транспортного средства, выполненный из высокопрочного тонкого стального листа, имеющего прочность на разрыв 980 МПа или выше, обладающего, кроме того, отличными энергопоглотительными характеристиками при осевом столкновении, а также способ изготовления такого элемента. Здесь термин "отличные энергопоглотительные характеристики при осевом столкновении" означает, что при столкновении транспортных средств элемент стабильно деформируется в осевом направлении, принимая гофрированную форму, эффективно поглощая энергию столкновения, что можно также назвать "отличной стабильностью осевого смятия".

(Решение поставленной задачи)

Для решения вышеупомянутой задачи авторы настоящего изобретения изготовили элемент, сформированный из высокопрочного тонкого стального листа, имеющий корытообразную форму (hat-shaped) в поперечном сечении, и подвергли такой элемент деформациям в результате столкновения в осевом направлении, для тщательного изучения деформационных свойств данного элемента. В результате было выяснено, что помимо постоянной n высокопрочного стального листа, используемого в качестве исходного материала для изготовления элемента, способного стабильно деформироваться в осевом направлении, принимая в процессе такого деформирования гофрированную форму, важным фактором успеха является способность высокопрочного стального листа изгибаться, в частности его способность изгибаться в U-образную форму с разворотом на 180°. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что элемент, обладающий низкой способностью изгибаться в U-образную форму с разворотом на 180°, не способен принимать гофрированную форму при осевом столкновении, даже если постоянная n данного высокопрочного стального листа является высокой, поскольку низкая способность изгибаться в U-образную форму с разворотом на 180° ассоциируется с разрывами, и при столкновении в таком случае может иметь место неоднородная деформация деформируемого участка.

Было обнаружено также, что растрескивание при осевой деформации элемента происходит, в основном, на первом этапе изгиба, и, таким образом, следует избегать растрескивания на первой фазе изгиба, поскольку, в противном случае не происходит стабильной деформации испытуемого элемента и элемент не принимает при деформации гофрированную форму. Далее, было обнаружено, что возникновения растрескивания в изгибающейся части испытуемого элемента можно избежать, при условии, что радиус кривизны изгибаемого участка равен или превышает предельный радиус изгиба при деформации стального листа в U-образную форму с разворотом на 180°. Здесь термин "предельный радиус изгиба" означает минимальный радиус кривизны, при котором не происходит растрескивание поверхности стального листа. В дальнейшем в настоящем документе изгиб стального листа с приданием ему U-образной формы с разворотом на 180° будет называться просто "изгибом". Такой радиус кривизны в значительной мере определяется величиной постоянной n, при условии, что толщина стального листа остается постоянной; большей величине постоянной n соответствует больший радиус кривизны изгибаемого участка листа.

Таким образом, даже если постоянная n велика, и, следовательно, радиус кривизны изгибаемого участка также велик, растрескивание изгибаемого участка тестируемого элемента все равно будет происходить, если предельный радиус кривизны стального листа больше радиуса кривизны изгибаемого участка. С другой стороны, даже если постоянная n меньше, и, следовательно, радиус кривизны изгибаемого участка меньше, возникновения растрескивания на изгибаемом участке тестируемого элемента можно избежать, если стальной лист обладает отличной сгибаемостью, и его предельный радиус изгиба равен или меньше, чем радиус кривизны изгибаемого участка.

По указанным выше причинам важно сделать предельный радиус кривизны стального листа равным или меньшим, чем радиус кривизны изгибаемого участка, чтобы, таким образом получить разумное соотношение между постоянной n стального листа и предельным радиусом изгиба, что является важным фактором для обеспечения устойчивости деформации элемента в осевом направлении.

На Фиг.1 приведен график, схематично иллюстрирующий главную идею (суть) настоящего изобретения.

График на Фиг.1 показывает зависимость радиуса кривизны изгибаемого участка от постоянной n материала стального листа, где радиус кривизны изгибаемого участка определяют на основе величины постоянной n при фиксированной толщине стального листа. Когда предельный радиус изгиба материала стального листа оказывается выше кривой, показанной на Фиг.1 (то есть, находится в области возникновения изломов и разрывов), иными словами, когда предельный радиус изгиба больше радиуса кривизны изгибаемого участка, определяемого постоянной n, в исследуемом элементе при ударном воздействии возникают разрывы и изломы, и образования гофрированной формы при осевом ударном воздействии не происходит.

И наоборот, когда предельный радиус изгиба материала стального листа равен или меньше значений, находящихся на кривой, показанной на Фиг.1 (то есть находится в области образования гофрированной формы при осевом ударном воздействии), иными словами, когда предельный радиус изгиба равен или меньше радиуса кривизны изгибаемого участка, определяемого величиной постоянной n, тестируемый элемент при осевом деформировании имеет заданный радиус кривизны, и при приложении ударной нагрузки в осевом направлении происходит его стабильная деформация с получением гофрированной формы.

Другими словами, даже при одинаковых значениях постоянной n материала стального листа, в элементе, выполненном из стального листа, обладающего худшей сгибаемостью вследствие увеличения предельного радиуса изгиба, будут происходить изломы и разрывы, и при деформации он не сможет стабильно принимать гофрированную форму. При увеличении постоянной n стального листа радиус кривизны изгибаемого участка, определяемый величиной постоянной n, также увеличивается, в результате чего при деформировании тестируемого элемента он стабильно принимает гофрированную форму, даже если его сгибаемость немного ухудшилась, и предельный радиус изгиба увеличился.

Настоящее изобретение основано на том неожиданном факте, что для того, чтобы тестируемый стальной элемент при воздействии ударной осевой нагрузки стабильно приобретал гофрированную форму, важно создать стальной лист, в котором соотношение между постоянной n и сгибаемостью отвечало бы определенной зависимости.

Как правило, сгибаемость оценивают путем сгибания листа в U-образную форму с разворотом на 180° или сгибания в V-образную форму с разворотом на 90°. В настоящем изобретении стальной лист для оценки его способности к изгибу подвергали сгибанию в U-образную форму с разворотом на 180°. В частности, при сгибании в U-образную форму с разворотом на 180° предельный радиус изгиба часто оказывается больше, чем при сгибании в V-образную форму с разворотом на 90°; предельный радиус изгиба является радиусом, при превышении которого при изгибе начинает возникать растрескивание, и, таким образом, может служить показателем, относящимся к изгибу при более жестких условиях. Таким образом, сгибание в U-образную форму с разворотом на 180° хорошо коррелирует с постоянной n как показателем деформации осевого смятия. С другой стороны, предельный радиус изгиба, полученный для сгибания в V-образную форму с разворотом на 90°, служит в качестве показателя для использования при формировании элемента корытообразной формы, изогнутого на угол приблизительно 90°, и, таким образом, сгибание в V-образную форму с разворотом на 90° неспособно продемонстрировать собственное соотношение между постоянной n и способностью к сгибанию при деформации осевого смятия. В данном изобретении сгибанию в U-образную форму с разворотом на 180° уделяется большее внимание, чем сгибанию в V-образную форму с разворотом на 90°, поскольку изогнутая/деформированная часть листа, получаемая при его ударном деформировании и приобретении им гофрированной формы, напоминает форму, получаемую при сгибании в U-образную форму с разворотом на 180°.

Сначала описываются результаты экспериментов, которые послужили основанием для настоящего изобретения.

Как правило, для оценки характеристик осевого смятия элемента, поглощающего энергию столкновения, такого как боковина рамы транспортного средства, используют элемент квадратного поперечного сечения. Таким образом, были изготовлены показанные на Фиг.2(c) элементы поглощения энергии столкновения (каждый высотой по оси приблизительно 230 мм) с квадратным поперечным сечением, из различных высокопрочных стальных листов с прочностью на разрыв от 980 МПа до 1180 МПа, к каждому из которых прикладывалось ударное воздействие величиной 110 кгс в осевом направлении данного элемента со скоростью 50 км/час, чтобы деформировать данный элемент на 160 мм. Затем были отобраны элементы, стабильно приобретавшие гофрированную форму при деформации, и было исследовано их деформированное состояние.

Перед проведением испытаний определяли постоянную n тонких стальных листов, использовавшихся для изготовления тестируемых элементов, а также их прочность на растяжение. Значения постоянной n вычислялись для истинной деформации в диапазоне от 5% до 10%. Здесь, если равномерное относительное удлинение образца при испытаниях на растяжение оказывалось меньше 10%, что означает, что напряжение при истинной деформации 10% вычислить невозможно, расчет производился для истинной деформации порядка от 5% до максимальной рассчитываемой истинной деформации. Постоянная n вычислялась с помощью следующего уравнения:

Постоянная n=(lnσ₁₀-1nσ₅)/(ln0.1-ln0.05),

(где σ₁₀ - истинное напряжение при истинной деформации 10%, σ₅ - истинное напряжение при истинной деформации 5%).

Однако при невозможности получения данных для истинной деформации 10% вычисления производились для максимальной вычисляемой истинной деформации и соответствующего ей истинного напряжения.

Измеряли радиус изгиба R(J) участка, сгибаемого в гофрированную форму, после вышеуказанного ударного деформирования, то есть изгибаемого участка, и на Фиг.3 приведены полученные результаты в зависимости от постоянной n. На Фиг.3 представлены результаты, нормализованные путем отнесения к толщине листа t, обозначенные как R(J)/t. Радиус изгибаемого участка получали следующим образом.

Радиус кривизны изгибаемого участка измеряли с помощью радиусного шаблона для измерения радиуса кривизны, из полученного значения вычитали толщину листа, и получали радиус изгиба изгибаемого участка.

Как видно из Фиг.3, результаты, полученные для соотношения радиуса кривизны R(J) изгибаемого участка элемента J, имеющего форму, показанную на Фиг.2(c), и постоянной n, можно упростить, как в представленном ниже уравнении (a) для R(J)/t и ln(n):

R(J)/t=1,31×ln(n)+5,21… (a);

(где t - толщина стального листа, мм).

Как уже указывалось выше, радиус изгиба изгибаемого участка в значительной степени определяется значением постоянной n, и, таким образом, если стальной лист, у которого величина предельного радиуса изгиба, отнесенная к толщине листа (предельный радиус изгиба/толщина листа), попадает в область значений ниже значений, определяемых уравнением (a), то есть в область значений, равных или меньше, чем 1,31×ln(n)+5,21, то это обеспечивает возможность стабильного деформирования элемента J с получением гофрированной формы. В то же время, если у стального листа, для которого значение параметра, полученного путем деления предельного радиуса изгиба на толщину листа (предельный радиус изгиба/толщина листа), попадает в область значений выше значений, определяемых уравнением (a), то есть в область значений больше 1.31×ln(n)+5,21, то это делает затруднительным достижение стабильной деформации.

Далее, с целью устранения влияния формы элемента, рассматривается случай, когда предназначенный для использования стальной лист подвергается воздействию сжимающей продольной нагрузки в своей исходной плоской форме, без предварительного придания ему какой-либо другой формы. Это можно рассматривать как оценку деформации под действием сжимающей продольной нагрузки в наиболее жестких условиях. Такая оценка предполагает наиболее жесткие условия, и минимальный достижимый радиус кривизны R(P) изгибаемого участка был получен с помощью расчета методом конечных элементов с использованием модели, показанной на Фиг.4. Для расчета методом конечных элементов использовался явный динамический алгоритм. Листовой элемент размером (25 мм × 40 мм × 1,2 мм) был сформирован в модели оболочки, в которой один край листа был зафиксирован, а другой подвергался воздействию нагрузки таким образом, чтобы лист изгибался, приобретая U-образную форму, после чего производилось измерение радиуса кривизны с внутренней стороны данного листового элемента. Полученные таким образом результаты можно представить в упрощенном виде с помощью параметров R(P)/t и ln(n) и уравнения (b), приведенного ниже:

R(P)/1=1.31×ln(n)+4,21… (b).

Зависимости, полученные с помощью уравнений (b) и (a), представлены на Фиг.3.

Здесь, если стальной лист, у которого величина предельного радиуса изгиба, отнесенная к толщине листа (предельный радиус изгиба/толщина листа), попадает в область значений ниже значений, определяемых уравнением (a), то есть в область значений равных или меньших чем 1,31×ln(n)+4,21, то это обеспечивает возможность стабильного деформирования элемента с получением гофрированной формы, даже если элемент имеет плоское поперечное сечение, затрудняющее стабильную деформацию.

При сравнении между собой параметров R(J)/t и R(P)/t при одном и том же значении постоянной n, получается, что R(P)/t меньше, чем R(J)/t. Считается, что причиной этого является влияние, оказываемое ограничениями на вертикальность стенки поперечного сечения элемента, и можно предположить, что предельный радиус кривизны R(J) изгибаемого участка уменьшается до минимума в случае плоского листа без вертикальной стенки.

Вышеупомянутые результаты показывают, что стабильное деформирование элемента в осевом направлении с получением гофрированной формы возможно в области значений, удовлетворяющих приведенному ниже уравнению (1), в котором предельный радиус изгиба Rc/t материала стального листа равен или меньше значений, определяемых кривой уравнения (a) на Фиг.3, то есть предельный радиус изгиба Rc/t равен или меньше радиуса изгиба R(J)/t изгибаемого участка элемента с квадратным поперечным сечением,

(где Rc - предельный радиус изгиба (мм), t - толщина листа (мм), и n - постоянная n, полученная при истинной деформации от 5% до 10%).

Далее, в области значений, удовлетворяющих приведенной ниже формуле (2), в которой предельный радиус изгиба Rc/t равен или меньше значений, задаваемых кривой согласно уравнению (b) на Фиг.3, то есть предельный радиус изгиба Rc/t равен или меньше радиуса кривизны R(P)/t деформированного плоского листа,

(где Rc - предельный радиус изгиба (мм), t - толщина листа (мм), и n - постоянная n, полученная при истинной деформации от 5% до 10%), возможно стабильное деформирование элемента в осевом направлении с получением гофрированной формы, даже если элемент имеет плоское поперечное сечение, близкое к форме плоского листа, что делает затруднительным обеспечение стабильной деформации. Что касается зависимости предельного радиуса изгиба и постоянной n для деформированного элемента, то с помощью результатов исследований, проведенных для элементов различных форм и выполненных из разных материалов, и их упрощения с помощью вышеуказанных формул (1) и (2), показанных на рассматриваемой ниже Фиг.5, авторам изобретения удалось подтвердить, что изгибаемость элемента, выполненного из стального листа, ухудшалась при чрезмерном увеличении предельного радиуса изгиба Rc, не позволяющем получить стабильное деформирование элемента с получением гофрированной формы, даже при одной и той же постоянной n, в то время как более высокое значение постоянной n позволяло получить стабильную деформацию элемента даже при более низкой способности к изгибу.

На основании этих данных и дальнейших исследований было сделано настоящее изобретение.

Таким образом, предметом настоящего изобретения является:

(1) Элемент, поглощающий энергию столкновения транспортных средств, полученный путем формования высокопрочного тонкого стального листа,

прочность на разрыв TS которого равна по меньшей мере 980 МПа, а постоянная n и предельный радиус изгиба Rc удовлетворяют приведенному ниже уравнению (1):

где:

Rc - предельный радиус изгиба (мм),

t - толщина листа (мм), и

n - постоянная n, вычисленная для истинной деформации в диапазоне от 5% до 10%.

(2) Элемент, поглощающий энергию столкновения транспортных средств, полученный путем формования высокопрочного тонкого стального листа,

прочность на разрыв TS которого равна по меньшей мере 980 МПа, а постоянная n и предельный радиус изгиба Rc удовлетворяют приведенному ниже уравнению (2):

где:

Rc - предельный радиус изгиба (мм),

t - толщина листа (мм), и

n - постоянная n, вычисленная для истинной деформации в диапазоне от 5% до

(3) Элемент, поглощающий энергию столкновения транспортных средств, по n.(1) или (2),

где высокопрочный тонкий стальной лист имеет химический состав, включающий, в мас.%:

C: от 0,14 до 0,30;

Si: от 0,01 до 1,6;

Mn: от 3,5 до 10;

P: 0,060 или менее;

S: 0,0050 или менее;

Al: от 0,01 до 1,5;

N: 0,0060 или менее;

Nb: от 0,01 до 0,10; и

Fe и случайные примеси - остальное,

и где высокопрочный стальной лист имеет микроструктуру, содержащую ферритную фазу в количестве от 30 до 70% по объему от всей микроструктуры и вторичную фазу, отличную от ферритной фазы, причем средний размер зерна ферритной фазы составляет 1,0 мкм или менее, где вторичная фаза содержит по меньшей мере остаточную аустенитную фазу, составляющую по меньшей мере 10% по объему от всей микроструктуры, причем среднее межплоскостное расстояние остаточной аустенитной фазы составляет 1,5 мкм или менее.

(4) Элемент, поглощающий энергию столкновения транспортных средств, по n.(3), в химический состав материала которого входят Si и Al, причем совокупное содержание Si и Al (Si+Al) составляет по меньшей мере 0,5 мас.%.

(5) Способ изготовления элемента, поглощающего энергию столкновения транспортных средств, путем использования в качестве исходного материала высокопрочного тонкого стального листа, которому придают такую форму, чтобы получить элемент, поглощающий энергию столкновения транспортных средств, заданной формы,

в котором материал выбирают из высокопрочных тонких стальных листов, обладающих прочностью на разрыв TS по меньшей мере 980 МПа, и постоянной n и предельным радиусом изгиба Rc, соответствующими приведенному ниже уравнению (1);

где:

Rc - предельный радиус изгиба (мм),

t - толщина листа (мм), и

n - постоянная n, вычисленная для истинной деформации в диапазоне от 5% до 10%

(6) Способ изготовления элемента, поглощающего энергию столкновения транспортных средств, путем использования в качестве исходного материала высокопрочного тонкого стального листа, которому придают такую форму, чтобы получить элемент, поглощающий энергию столкновения транспортных средств, заданной формы,

в котором материал выбирают из высокопрочных тонких стальных листов, обладающих прочностью на разрыв TS по меньшей мере 980 МПа, и постоянной n и предельным радиусом изгиба Rc, соответствующими приведенному ниже уравнению (2);

где:

Rc - предельный радиус изгиба (мм),

t - толщина листа (мм), и

n - постоянная n, вычисленная для истинной деформации в диапазоне от 5% до 10%.

(7) Способ изготовления элемента, поглощающего энергию столкновения транспортных средств, по n.(5) или (6),

в котором высокопрочный тонкий стальной лист имеет химический состав, включающий, в мас.%:

C: от 0,14 до 0,30;

Si: от 0,01 до 1,6;

Mn: от 3,5 до 10;

P: 0,060 или менее;

S: 0,0050 или менее;

Al: от 0,01 до 1,5;

N: 0,0060 или менее;

Nb: от 0,01 до 0,10; и

Fe и случайные примеси - остальное,

и где высокопрочный стальной лист имеет микроструктуру, содержащую ферритную фазу в количестве от 30 до 70% по объему от всей микроструктуры и вторичную фазу, отличную от ферритной фазы, причем средний размер зерна ферритной фазы составляет 1,0 мкм или менее, а вторичная фаза содержит по меньшей мере остаточную аустенитную фазу, составляющую по меньшей мере 10% по объему от всей микроструктуры, где среднее межплоскостное расстояние остаточной аустенитной фазы составляет 1,5 мкм или менее.

(8) Способ изготовления элемента, поглощающего энергию столкновения транспортных средств, по n.(7), в химический состав материала которого входят Si и Al, причем совокупное содержание Si и Al (Si+Al) составляет по меньшей мере 0,5 мас.%. (Полезный эффект, достигаемый с помощью настоящего изобретения) Настоящее изобретение позволяет легко и стабильно получать элементы, поглощающие энергию столкновения транспортных средств, путем формовки высокопрочного тонкого стального листа с прочностью на разрыв TS по меньшей мере 980 МПа, обладающего отличными характеристиками поглощения энергии столкновения при осевом ударном воздействии, что позволяет обеспечить значительный промышленный эффект. Кроме того, в настоящем изобретении можно использовать высокопрочный тонкий стальной лист с прочностью на разрыв 980 МПа или выше, что обеспечивает усиление конструкции поглощающего энергию столкновения элемента, такого как передняя рама или задняя рама, что приводит к уменьшению веса кузова транспортного средства.

Краткое описание чертежей

Ниже будет приведено подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - поясняющий график, иллюстрирующий, каким образом соотношение между предельным радиусом изгиба (Rc) и постоянной n элемента, поглощающего энергию столкновения транспортных средств, влияет на характер деформации при осевом смятии элемента, поглощающего энергии столкновения транспортных средств, в результате столкновения;

Фиг.2 - поясняющие чертежи, на которых схематично показаны используемые в примерах формы элемента, поглощающего энергию столкновения транспортных средств;

Фиг.3 - график, показывающий зависимость радиуса кривизны при изгибе от постоянной n элемента J с квадратным поперечным сечением и элемента P с плоским поперечным сечением;

Фиг.4 - поясняющий чертеж, схематично показывающий модель для расчета методом конечных элементов, использовавшуюся для моделирования деформации плоского элемента под действием сжимающей продольной нагрузки; и

Фиг.5 - график, показывающий полученное в примерах соотношение между предельным радиусом изгиба Rc/t и постоянной n.

Осуществление изобретения

Сперва будет описана конфигурация элемента, поглощающего энергию столкновения транспортных средств, по настоящему изобретению. Элемент, поглощающий энергию столкновения транспортных средств, по настоящему