CN102232123A - 经热压加工的钢板部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供高强度、高韧性的经热压加工的钢板部件及其制造方法，将包含以下钢板化学成分组成的钢板部件通过特定的热压加工使物理性质为马氏体相的平均粒径5μm以下、抗拉强度1200MPa以上，所述化学成分组成为：C含量为0.15～0.4重量％，Mn含量或Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种与Mn的总含量为1.0～5.0重量％，Si或Al的至少任一种的含量为0.02～2.0重量％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

Description

经热压加工的钢板部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有马氏体微细组织的经热压加工的钢板部件及其制造方法。
背景技术
钢板部件多用于汽车。因为使耗油量上升，所以对汽车进行了各种轻量化。钢板部件也是轻量化的对象。即，要求通过高强度化将钢板部件薄化、轻量化。
但是，用于汽车的钢板部件多用于如车门防撞梁或中柱加强件等目的为冲撞时保护乘客的部件。因而，那样的钢板部件必须是能够可靠地保持规定强度的钢板部件。
特别地，在使用热冲压技术制造用于汽车的高强度钢板部件的时候，在一般的热冲压技术中，将钢板部件加热至临界点以上在奥氏体区内使用模具冲压成形的同时通过在模具内冷却进行马氏体相变。
公知的是为了以淬火组织的状态形成使用热冲压技术制成规定形状的钢板部件，韧性值降低。
因此，想要提高韧性值时，有时在通过热冲压技术进行加工后对钢板部件或钢材进行回火处理。
另外，有提议提出通过使钢材的组成以及热处理条件合理化而形成马氏体单相组织，使抗拉强度为880～1170MPa的高拉伸冷轧钢板(例如参照专利文献1)，使占空系数(占積率space factor)为80％以上的马氏体相的平均粒径为10μm以下、抗拉强度为780MPa以上的高强度钢(例如参照专利文献2)。
专利文献1：日本专利第3729108号公报
专利文献2：日本专利特开2008-038247号公报
发明内容
发明所需解决的课题
然而，在形成马氏体单相组织的高拉伸冷轧钢板、使占空系数为80％以上的马氏体相的平均粒径为10μm以下的高强度钢中，如实施例所示的限度，难以将平均粒径制成5μm以下，在抗拉强度超过1200MPa的钢材中难以确保韧性。
本发明者们鉴于这样的现状，为了提供通过将马氏体相的平均粒径更微细化而形成高强度、高韧性的钢板部件，进行研究开发，从而完成了本发明。
解决课题的手段
本发明经热压加工的钢板部件钢板化学成分组成为：C含量为0.15～0.4重量％，Mn含量或Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种与Mn的总含量为1.0～5.0重量％、Si或Al的至少任一种的含量为0.02～2.0重量％，余量为Fe以及不可避免的杂质，物理性质为马氏体相的平均粒径为5μm以下、抗拉强度为1200MPa以上，通过进行特定的热压加工而达成。
并且，本发明经热压加工的钢板部件特征在于：B、Ti、Nb、Zr中至少一种的含量为0.1重量％以下，还在于：表面上具有厚度为0.1～20μm的镀金覆膜。
另外，关于本发明经热压加工的钢板部件的制造方法是使用包含以下化学成分组成的原材料钢板，通过热压机将该原材料钢板制成物理性质为马氏体相的平均粒径为5μm以下、抗拉强度为1200MPa以上的钢板部件的制造方法，所述化学成分组成为：C含量为0.15～0.4重量％，Mn含量或Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种与Mn的总含量为1.0～5.0重量％、Si或Al的至少任一种的含量为0.02～2.0重量％，余量为Fe以及不可避免的杂质，该热压加工包括以10℃/秒以上的升温速度加热至675～950℃的最高加热温度T℃为止的加热工序、将T℃最高加热温度保持(40-T/25)秒以下的温度保持工序、从所述最高加热温度T℃以1.0℃/秒以上的冷却速度边冲压边冷却至马氏体相生成温度Ms点以下为止的冷却工序。
并且，本发明经热压加工的钢板部件的制造方法，其特征在于，钢板部件以0.1重量％以下的含量含有B、Ti、Nb、Zr中的至少一种，在冷却工序过程中达到Ms点之前，进行一次以上将钢板部件成形为规定形状的冲压加工，在加热工序前对钢板部件进行压延率30％以上的冷轧加工。
发明效果
根据本发明，因为能够使马氏体相的平均粒径为5μm以下，所以能够提供既提高韧性又使抗拉强度达1200MPa以上的高强度钢板部件。
附图说明
图1是给试验编号6的钢板部件中马氏体相拍照的SEM照片图像。
图2是给本发明经热压加工的试验编号3的钢板部件中马氏体相拍照的SEM照片图像。
具体实施方式
本发明经热压加工的钢板部件及其制造方法通过使钢板部件的金属组织、特别是马氏体相的平均粒径为5μm以下，在提高韧性的同时形成高强度。特别是本发明的钢板部件抗拉强度达到1200MPa以上。
在此，钢板部件并不限于形成马氏体单相的情况。在形成马氏体相的区域内，其马氏体相的平均粒径达到5μm以下即可。需说明的是，所谓马氏体相的平均粒径是指马氏体相的结晶粒径的平均值。
这样的钢板部件如下构成：C含量为0.15～0.4重量％，Mn含量或Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种与Mn的总含量为1.0～5.0重量％，Si或Al的至少任一种的含量为0.02～2.0重量％，余量为Fe以及不可避免的杂质。
然后，通过对该钢板部件实施以下热压加工生成马氏体相：以1.0℃/秒以上的升温速度加热至675～950℃的最高加热温度T℃为止、在将最高加热温度T℃保持(40-T/25)秒以下之后、从最高加热温度T℃以1.0℃/秒以上的冷却速度边冲压边冷却至马氏体相生成温度Ms点以下为止。
而且，能够使马氏体相的平均粒径为5μm以下，能够制成抗拉强度为1200MPa以上的高强度、高韧性的钢材或钢板部件。并且，通过使钢板部件以0.1重量％以下的含量含有B、Ti、Nb、Zr中的至少一种，能够使马氏体相的平均粒径更小。
以下边示出实施例边详细说明。
实施例1
首先，使用包含
C含量：0.22重量％、
Mn含量：3.0重量％、
Si含量：0.05重量％、
Al含量：0.05重量％、
Ti含量：0.02重量％、
B含量：0.002重量％、
余量为Fe以及不可避免的杂质的钢，制作厚度1.4mm的板状钢板部件。对该钢板部件进行压延率60％的冷轧加工。
对该钢板部件将最高到达温度T设为650℃、700℃、775℃、850℃、950℃、1000℃，分别以200℃/秒的升温速度加热，在各最高到达温度T保持各温度0.1秒，之后，以10℃/秒的冷却速度分别冷却至作为马氏体相的生成温度的Ms点以下为止。但是，最高到达温度T为1000℃的时候，最高到达温度T的保持时间设为4秒。通过电加热进行钢板部件的加热，通过自然冷却进行钢板部件的冷却。
并且，从最高到达温度T冷却至Ms点以下为止的途中，在从最高到达温度T降低100～150℃的状态下，对钢板部件进行帽子型的冲压成形，并且，在降低50～100℃的状态下，对钢板部件进行了打孔加工。
在钢板部件充分冷却之后，成为帽子型的钢板部件中从头顶部部分分别切取试验片，进行拉伸试验以及沙尔皮冲击试验。需说明的是，在进行沙尔皮冲击试验时在重叠三张试验片状态下进行。
在各最高到达温度T的马氏体相的平均粒径、抗拉强度、转变温度示于表1。并且，转变温度为韧性指标，韧性越小显示越高的数值。
表1
Figure BPA00001373653100051
如表1所示，可以认为在最高到达温度T为650℃的时候，不能充分地发生向奥氏体相的逆相变，所以不能充分地生成马氏体相，组织的平均粒径大，转变温度也变高。
另一方面，最高到达温度T设为1000℃的时候，组织粗大化，转变温度变高。图1是给试验编号6情况下的马氏体相拍照的SEM照片图像。
根据该试验结果认为最高到达温度T最好在675～950℃。需说明的是，对以下情况下的马氏体相拍照的SEM照片图像示于图2：最高到达温度T设为775℃以200℃/秒的升温速度加热，在最高到达温度T保持1.0秒之后，分别以10℃/秒的冷却速度冷却至马氏体相的生成温度Ms点以下为止。此时，马氏体相的平均粒径为1.7μm，抗拉强度为1532MPa，转变温度为-70℃。
实施例2
使用上述实施例1的组成的钢板部件，最高到达温度T设为800℃，升温速度设为5℃/秒、15℃/秒、200℃/秒，制作与实施例1同样的试验片。需说明的是，在最高到达温度T分别保持其温度0.1秒，之后，以10℃/秒的冷却速度分别冷却至作为马氏体相生成温度的Ms点以下为止。
各升温速度的马氏体相的平均粒径、抗拉强度、转变温度示于表2。
表2
Figure BPA00001373653100061
如表2所示，升温速度为5℃/秒的时候，马氏体相的组织粗大化，转变温度变高。
根据该试验结果，升温速度可以为10℃/秒以上。另一方面，根据表1的试验编号5的结果，以200℃/秒的升温速度、最高到达温度为950℃的时候，马氏体相的平均粒径为1.9μm，所以欲使平均粒径微细，升温速度最好为200℃/秒以上。需说明的是，升温速度的上限依赖于加热钢板部件的加热装置的能力，在加热装置为电加热装置的时候，因为高速加热容易进行，没有特别的问题就能够以200℃/秒以上加热。
实施例3
使用上述实施例1的组成的钢板部件，最高到达温度T设为800℃、升温速度设为200℃/秒，在最高到达温度T的温度保持时间设为0.1秒、2.0秒、12秒，制作与实施例1同样的试验片。需说明的是，将钢板部件以10℃/秒的冷却速度分别冷却至作为马氏体相生成温度的Ms点以下为止。温度保持时间设为0.1秒的试验片为上述实施例2的试验编号9的试验片。
在各温度保持时间的马氏体相的平均粒径、抗拉强度、转变温度示于表3。
表3
Figure BPA00001373653100071
如表3所示，如温度保持时间延长至12秒，则组织粗大化，转变温度变高。即，温度保持时间最好尽量短。
特别是得到以下见解：最高到达温度T的温度越高、温度保持时间可以越短，最好在(40-T/25)秒以下。
即，温度保持时间相对于最高到达温度T最好在(40-T/25)秒以下，在装置构成上不能在将钢板部件加热之后立即冷却的时候，最好将最高到达温度T设为675～950℃中尽量低的温度，预先设置余裕(マ一ジンmargin)。
实施例4
使用上述实施例1的组成的钢板部件，最高到达温度T设为800℃、升温速度设为200℃/秒、在最高到达温度T的温度保持时间设为0.1秒，将钢板部件分别以0.5℃/秒、10℃/秒、80℃/秒的冷却速度冷却至Ms点以下为止，制作与实施例1同样的试验片。需说明的是，冷却速度设为10℃/秒的试验片为上述实施例2的试验编号9的试验片。
各冷却速度的马氏体相的平均粒径、抗拉强度、转变温度示于表4。
表4
Figure BPA00001373653100081
如表4所示，如果冷却速度慢至0.5℃/秒，则组织粗大化，转变温度变高。即，冷却速度最好尽量快速。要使冷却速度加快，可以使用水等冷却剂将钢板部件冷却。
但是，如果冷却速度过快，则在到达Ms点之前，将钢板部件成形为规定形状的冲压加工有可能没有结束，所以最好为1.0～100℃/秒。需说明的是，如果可能，冷却速度也可以设为100℃/秒以上。
在Ms点以下对钢板部件进行冲压加工的时候，容易导致形状冻结性的恶化或耐延迟破坏性(耐遅れ破壊性)的恶化，所以最好考虑冲压加工需要的时间来决定冷却速度。
只要钢板部件的温度没有到达Ms点，就可以不仅进行一段的冲压加工也可以进行多段的冲压加工，通过在比Ms点更高的温度进行冲压加工，能够得到优异的形状冻结性。
实施例5
在上述实施例1的组成的钢板部件中，进行压延率60％的冷轧加工，使厚度为1.4mm，在不进行冷轧加工的时候，即压延率为0％时，制作钢板部件的厚度大的试验片。需说明的是，该实验片的制作中，最高到达温度T设为800℃、升温速度设为200℃/秒、在最高到达温度T的温度保持时间设为0.1秒。另外，压延率0％、厚度1.4mm的试验片的冷却速度设为3℃/秒，压延率0％、厚度4.2mm的试验片设为10℃/秒。
上述实验片中的马氏体相的平均粒径、抗拉强度、转变温度示于表5。
表5
Figure BPA00001373653100091
这样，可知即使不进行冷轧加工，在钢板部件中马氏体相也微细化、高韧性化。
但是，不进行冷轧加工的时候，马氏体相的平均粒径为3.0μm左右，但如实施例1～4所示，通过以压延率60％进行冷轧加工，平均粒径达到2.0μm左右，所以通过冷轧加工能够提高韧性。
需说明的是，欲使马氏体相的平均粒径达到2.0μm左右，可以以30％左右的压延率进行冷轧加工，因为在高压延率区下微细化效果达到饱和状态而且冷轧加工的加工费用增大，压延率95％左右为上限。
另外，为了使采用50℃/秒以上的升温速度的快速加热尽可能均匀地进行，钢板部件的厚度最好到5.0mm为止的厚度，只要可以均匀加热，就可以使用厚度更大的钢板部件。
需说明的是，如钢板部件比0.1mm还薄，采用50℃/秒以上的升温速度的快速加热时，有发生变形之虞，所以最好设0.1mm为下限，或使用防止伴随加热变形的辅助夹具等。
实施例6
使用下表表6所示的成分表的钢种，制成厚度1.4mm的板状钢板部件。对该钢板部件，使最高到达温度为T800℃、升温速度为200℃/秒、在最高到达温度T的温度保持时间为0.1秒，将钢板部件以规定的冷却速度边冲压边冷却至Ms点以下为止，制作与实施例1同样的试验片。
表6
  钢种   C   Si   Mn   Cr   Mo   Ni   Cu   Al   Ti   Nb   Zr   B
  A   0.22   0.23   1.5   0.05   0.02   0.0020
  B   0.25   0.11   3.0   0.05
  C   0.15   0.34   3.0   0.05   0.02   0.02   0.0020
  D   0.35   0.24   3.0   1.51
  E   0.50   0.30   1.2   0.05
  F   0.18   1.41   2.2   0.04   0.03   0.0018
  G   0.10   0.08   2.2   0.06   0.02   0.0022
  H   0.20   0.35   6.2   0.05   0.02   0.0020
  I   0.22   0.20   0.8   2.5   0.05   0.02   0.0025
  J   0.21   0.21   0.5   1.5   0.06   0.02   0.0021
  K   0.23   0.24   0.7   0.7   1.5   0.04   0.03   0.0024
  L   0.22   0.26   0.5   0.5   0.2   0.5   0.05   0.03   0.0026
需说明的是，成分表的单位为重量％，余量包含Fe以及不可避免的杂质。
各钢种A～L的试验片中的马氏体相的平均粒径、抗拉强度、转变温度示于表7。
表7
Figure BPA00001373653100101
Figure BPA00001373653100111
如表7所示，C多达0.50重量％的钢种E中转变温度变高，相反，C少至0.10重量％的钢种G中的马氏体相的平均粒径粗大化。另外，Mn多达6.2重量％的钢种H中的转变温度变高。
据此，钢板部件最好包含：C含量为0.15～0.4重量％、Mn含量为1.0～5.0重量％、Si或Al的至少任一种的含量为0.02～2.0重量％、余量为Fe以及不可避免的杂质。
需说明的是，如钢种I～L所示，通过将Mn的一部分用Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种代替也可以抑制Mn的用量，Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种与Mn的总含量也可以是1.0～5.0重量％。
另外，通过添加0.02重量％以上的Si或者Al来降低溶解氧、能够抑制钢中的空隙的发生，但如果添加0.2重量％以上，则马氏体相的平均粒径粗大化，所以最好在0.02～2.0重量％。
并且，为了使马氏体相微细化，最好含有B、Ti、Nb、Zr中的至少一种，特别是在添加0.1重量％以上的时候，微细化效果达到饱和状态，所以最好在0.1重量％以下。
在这样的钢板部件上通过设置厚度0.1～20μm的镀金覆膜，该镀金覆膜作为保护膜能够防止在钢板部件表面产生氧化膜。
作为镀金覆膜可以使用电镀Ni覆膜、电镀Cr覆膜、热镀锌覆膜、热镀铝覆膜等，可以根据需要制成所要的厚度。需说明的是，镀金覆膜即使20μm以上也可以，由于镀金覆膜的保护效果达到饱和状态，所以20μm以下就足够了。
如上所述，钢板部件在钢板化学成分组成中，C含量为0.15～0.4重量％，Mn含量或Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种与Mn的总含量为1.0～5.0重量％，Si或Al至少任一种的含量为0.02～2.0重量％，余量为Fe以及不可避免的杂质，将该钢板部件以10℃/秒以上的升温速度加热至675～950℃的最高加热温度T℃为止，在将最高加热温度T℃保持(40-T/25)秒以下之后，通过进行从最高加热温度T℃以10℃/秒以上的冷却速度边冲压边冷却至马氏体生成温度Ms点以下为止的热压加工，能够制成物理性质上具有马氏体颗粒的平均粒径5μm以下的微细组织的钢板部件，而且，能够使抗拉强度在1200MPa以上。
并且，钢板部件通过预先进行压延率30％以上的冷轧加工，能够制成具有马氏体颗粒的平均粒径2μm以下的微细组织的钢板部件或者钢材，而且，能够使抗拉强度在1500MPa以上。
而且，因为冷却速度能够小到1.0℃/秒以上，在达到Ms点之前因为能够将钢板部件或者钢材通过冲压加工进行向规定形状的成形加工，所以能够无生产性损坏地制造高强度、高韧性的钢板部件或者钢材。

Claims (7)

1.经热压加工的钢板部件，其中，钢板化学成分组成为：C含量为0.15～0.4重量％，Mn含量或Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种与Mn的总含量为1.0～5.0重量％，Si或Al的至少任一种的含量为0.02～2.0重量％，余量为Fe以及不可避免的杂质，
物理性质为：马氏体相的平均粒径为5μm以下、抗拉强度为1200MPa以上。
2.权利要求1的经热压加工的钢板部件，其中，B、Ti、Nb、Zr中至少一种的含量为0.1重量％以下。
3.权利要求1或2的经热压加工的钢板部件，其中，表面上具有厚度为0.1～20μm的镀金覆膜。
4.经热压加工的钢板部件的制造方法，所述钢板部件的制造方法使用包含以下化学成分组成的原材料钢板，将该原材料钢板通过热压加工使物理性质为马氏体相的平均粒径5μm以下、抗拉强度1200MPa以上，所述化学成分组成为：C含量为0.15～0.4重量％，Mn含量或Cr、Mo、Cu、Ni中至少一种与Mn的总含量为1.0～5.0重量％，Si或Al的至少任一种的含量为0.02～2.0重量％，余量为Fe以及不可避免的杂质，
其中，热压加工包括：
以10℃/秒以上的升温速度加热至675～950℃的最高加热温度T℃为止的加热工序；
将所述最高加热温度T℃保持(40-T/25)秒以下的温度保持工序；
从所述最高加热温度T℃以1.0℃/秒以上的冷却速度边冲压边冷却至作为马氏体相生成温度的Ms点以下为止的冷却工序。
5.权利要求4的经热压加工的钢板部件的制造方法，其中，所述钢板部件以0.1重量％以下的含量含有B、Ti、Nb、Zr中的至少一种。
6.权利要求4或5的经热压加工的钢板部件的制造方法，其中，在所述冷却工序中，在达到所述Ms点之前，进行1次以上将所述钢板部件成形为规定形状的冲压加工。
7.权利要求4～6中任一项的经热压加工的钢板部件的制造方法，其中，在所述加热工序之前，在所述钢板部件上进行压延率30％以上的冷轧加工。
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