JP4388385B2 - 自動車用燃料タンクの板厚低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の燃料タンクの板厚低減方法に関するものである。

従来、自動車のガソリン燃料タンク用鋼材には、燃料タンク環境における耐食性と燃料タンクにプレス成形するための加工性が要求される。燃料タンク内部の環境は、ガソリンが劣化して生じた蟻酸や酢酸などの有機酸がガソリンに含有される水相に溶解した場合に、鋼材にとって厳しい腐食環境になる。一方、燃料タンクの外面の腐食は、融雪塩や海塩の塩害環境が主因である。これらの内外面の腐食環境に適合する鋼材としてＰｂ−Ｓｎ合金を表面処理したターンシートが使用されている。

また、近年の環境負荷物質溶出抑制の必要性から、Ｐｂを含有しないメッキ鋼板、例えば、特開平９−１５６０２７号公報（特許文献１）に開示されたＡｌ系メッキ鋼板や特開２０００−１１９８６７号公報（特許文献２）に開示されたＳｎ−Ｚｎメッキ鋼板が使用される場合がある。このようなメッキ鋼板を用いた燃料タンクはプレス成形で製造されるが、部分的に複雑な形状をしており、鋼材にはプレス成形性が併せて要求される。その原因にＩＦ鋼と呼ばれる軟鋼板を用いており、加工性を確保している。

特開平９−１５６０２７号公報 特開２０００−１１９８６７号公報

しかしながら、燃料タンクは、揮発性の燃料を入れるため、燃料の温度上昇によりタンク内部の圧力が上昇する。上述したように成形性を確保するため、引張強さが３２０ＭＰａ程度のＩＦ鋼と呼ばれる軟鋼板が用いられるが、耐圧性の問題より板厚を薄くして軽量化を図ることが困難であった。本発明は、このような状況を鑑み、燃料タンクに作用する圧力に耐え、軽量化を可能とするタンクの板厚低減方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、素材として高強度鋼板を用いたことを特徴とする燃料タンクである。その発明の要旨とするところは、
（１）強度Ｓｐの普通鋼で耐圧強度を満足するように設計した自動車用燃料タンクを、強度Ｓ_H が３００ＭＰａ以上、かつ６５０ＭＰａ以下の高強度鋼板を用いてＸ％の板厚低減をする際に、Ｓ_H ＝Ｓｐ／（１−Ｘ／１００）³ で計算されるＳ_H 以上の強度の鋼板を用いることを特徴とする自動車用燃料タンクの板厚低減方法。
ただし、上記強度ＳｐおよびＳ_H は下記の関係式を満たすものである。
Ｓｐ＝（ＹＳｐ＋ＴＳｐ）／２
Ｓ_H ＝（ＹＳ_H ＋ＴＳ_H ）／２
ここで、ＹＳｐ：普通鋼の降伏強度、ＹＳ_H ：高強度鋼板の降伏強度
ＴＳｐ：普通鋼の引張強さ、ＴＳ_H ：高強度鋼板の引張強さ
（２）前記高強度鋼板に残留オーステナイトの体積率が２〜２０％である鋼板を用いたことを特徴とする（１）記載の自動車用燃料タンクの板厚低減方法にある。

以上述べたように、本発明により燃料タンクの軽量化を図ることが出来る産業上極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明者らは、上記課題を解決するために、基礎的な検討を実施した。強度および板厚の異なる鋼板で燃料タンクを製作し、繰返し圧力を負荷した試験を行った。その結果、耐圧強度が次式で示す強度Ｓに比例して増加することを見出した。さらに、耐圧強度は板厚比に３乗に比例して増加することを見出した。
Ｓ＝（ＹＳ＋ＴＳ）／２
ここで、ＹＳ：降伏強度
ＴＳ：引張強さ
従って、強度Ｓｐの普通鋼からＸ％の板厚低減による軽量化を図るには、次式で示す強度Ｓ_H が必要であることを知見した。
Ｓ_H ＝Ｓｐ／（１−Ｘ／１００）³

一般的に、強度の上昇にともない、伸びおよびｒ値が低下するため、プレス成形が困難になるが、残留オーステナイトの体積率が２〜２０％である、所謂トリップ鋼を用いることで、燃料タンクのプレスにおいて、成形性が著しく向上することを見出した。残留オーステナイトの体積率が２％未満では顕著な効果が認められにくい。一方、残留オーステナイトの体積率が２０％を超すと極度に厳しい成形を施した場合、プレス成形した状態で多量のマルテンサイトが存在する可能性があり、二次加工性や衝撃性において問題を生じることがあるので、残留オーステナイトの体積率は２０％以下とすることが望ましい。成形性と二次加工性を両立するためには残留オーステナイト組織は３〜１０％にすることが、さらに望ましい。

強度Ｓ _H の下限を３００ＭＰａとしたのは、それ以下では軽量化の効果が小さいためである。また、上限を６５０ＭＰａとしたのは、それ以上では、残留オーステナイトの体積率が２〜２０％であるトリップ鋼を用いても成形が困難になるためである。
なお、本発明に適用される表面処理はターンに限定されるものではなく、Ｓｎ−Ｚｎ、アルミメッキ等の適用が可能である。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す鋼を用いてプレス成形した燃料タンクは、箱型形状のタンクＸ（成形高さ、約８０ｍｍ）および鞍型形状のタンクＹ（成形高さ、約１５０ｍｍ）であり、タンクＹの方が加工条件が厳しい。このタンクを用いて、０ｋＰａ→１０ｋＰａ→０ｋＰａの圧力パターンを１サイクルとして２００００サイクルの疲労試験を実施した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２は本発明外の比較例としてのタンクであり、板厚１．０ｍｍでは疲労試験で割れが発生しなかったが、板厚０．９５ｍｍでは割れが発生した。一方、本発明例であるＮｏ．３〜７は、いずれも、耐圧性を満足し、かつ軽量化を図ることができていることが分かる。

Claims (2)

1. 強度Ｓｐの普通鋼で耐圧強度を満足するように設計した自動車用燃料タンクを、強度Ｓ_H が３００ＭＰａ以上、かつ６５０ＭＰａ以下の高強度鋼板を用いてＸ％の板厚低減をする際に、Ｓ_H ＝Ｓｐ／（１−Ｘ／１００）³ で計算されるＳ_H 以上の強度の鋼板を用いることを特徴とする自動車用燃料タンクの板厚低減方法。
   ただし、上記強度ＳｐおよびＳ_H は下記の関係式を満たすものである。
   Ｓｐ＝（ＹＳｐ＋ＴＳｐ）／２
   Ｓ_H ＝（ＹＳ_H ＋ＴＳ_H ）／２
   ここで、ＹＳｐ：普通鋼の降伏強度、ＹＳ_H ：高強度鋼板の降伏強度
   ＴＳｐ：普通鋼の引張強さ、ＴＳ_H ：高強度鋼板の引張強さ
2. 前記高強度鋼板に残留オーステナイトの体積率が２〜２０％である鋼板を用いたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用燃料タンクの板厚低減方法。