CN107429342A - 热压用钢板及其制造方法 - Google Patents

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浅井达也
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

本发明提供一种热压用钢板，其能够稳定地确保钢构件的高强度且能够良好地进行热压前的落料加工，并且能够抑制热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失。该热压用钢板的特征在于，以质量％计含有C：0.15％以上且0.40％以下、Si：1.00％以上且2.00％以下、Mn：1.50％以上且3.00％以下、Ti：(N×48/14)％以上且0.10％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下、Al：超过0％且0.10％以下、P：超过0％且0.05％以下、S：超过0％且0.01％以下、和N：超过0％且0.010％以下，余部是铁和不可避免的杂质，位错密度为10×1014/m2以上，组织整体中珠光体所占的面积率为30％以上，并且，抗拉强度为1100MPa以下。

Description

热压用钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及热压用钢板及其制造方法。特别地涉及能够稳定地确保钢部件的高强度且能够良好地进行热压前的落料加工，并且能够抑制热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失的热压用钢板及其制造方法。
背景技术
作为通过将钢板加热后进行热压并冷却来制造高强度的构件的技术，有所谓的热冲压。作为上述热压中所用的钢板、即热压用钢板，以往使用合金元素为较少量并且加热前的钢板的抗拉强度为500MPa～700MPa左右的抗拉强度并不那么高的钢板。在热压前，需要进行将钢板切割成所定的坯料尺寸的落料加工，但如果是上述范围的抗拉强度，则能够以不产生工具的损伤、磨耗的方式良好地进行该落料加工。例如专利文献1中提出了一种具有980MPa以上的抗拉强度且残余应力低的高强度钢制构件的制造方法，其中，在热压后，实施切边或穿孔等后处理来进行制造。
然而，近年来提出了与以往的热压用钢板相比合金元素增加而提高了淬透性的钢板。例如专利文献2中提出了含有Cr、Mn、Cu、Ni等而能够缩短成形后的模具冷却时间的钢板。这样的钢板可以提高热压的压力生产率，并且可以在热状态下进行多工序成形。
但是，若钢板中的合金元素增加，则钢板的抗拉强度升高。如果钢板的抗拉强度过高，则存在上述落料加工时的工具损伤变得显著这样的问题。
可是，对于热压用钢板而言，为了得到高强度的成形钢构件(formed steelmember)，在热压前被加热至高温。但是若加热温度为高温，则容易发生钢板表面的氧化。此外，在使用镀锌钢板作为热压用钢板的情况下，锌镀层容易消失。因此，从抑制上述钢板表面的氧化和上述锌镀层的消失的观点考虑，期望极力降低上述加热温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2006-130519号
专利文献2：日本专利公开公报特开2006-212663号
发明内容
发明要解决的问题
本发明是着眼于如上述的状况而完成的发明，其目的在于：确定一种热压用钢板，即使在为了稳定地确保构件的高强度而含有合金元素的情况下，也能够良好地进行热压前的落料加工，并且能够抑制热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失，以及该热压用钢板的制造方法。以下有时将上述“良好地进行热压前的落料加工”这样的特性称为“落料性”。
用于解决问题的方案
能够解决上述问题的本发明的热压用钢板，其特征在于：以质量％计含有
C：0.15％以上且0.40％以下、
Si：1.00％以上且2.00％以下、
Mn：1.50％以上且3.00％以下、
Ti：(N×48/14)％以上且0.10％以下、
B：0.0005％以上且0.0050％以下、
Al：超过0％且0.10％以下、
P：超过0％且0.05％以下、
S：超过0％且0.01％以下、和
N：超过0％且0.010％以下，
余部为铁和不可避免的杂质，
位错密度为10×1014/m2以上，
组织整体中珠光体所占的面积率为30％以上，
并且，抗拉强度为1100MPa以下。
所述钢板以质量％计还可以含有以下(i)～(iii)中的任一者以上，
(i)Mo和Cr中的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.50％以下，
(ii)Cu和Ni中的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.50％以下，
(iii)从由Nb、V和Zr构成的组中选择的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.10％以下。
所述钢板也可以在该钢板的至少一面具有锌系镀层或铝系镀层。
本发明还包含热压用钢板的制造方法。该制造方法的特征在于，依次包括：将满足所述钢板的成分组成的钢在精扎温度为890～950℃之下进行热轧后，在550℃以上进行卷取的工序；以及，以20％以上的冷轧率进行冷轧的工序；其中，在所述冷轧后的钢板的抗拉强度超过1100MPa的情况下，还包括：所述冷轧后，以退火温度为500℃以上且640℃以下并且以在500℃以上的温度区域的滞留时间为500秒以下的条件下进行退火的工序。
本发明还包含钢部件的制造方法，其特征在于：使用上述的热压用钢板，在加热温度为700～900℃之下进行加热后，进行热压。以下有时将利用本发明的热压用钢板进行热压而得到的钢构件称为“部件”。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种热压用钢板，即使在为了稳定地确保钢构件的高强度而含有Si等合金元素的情况下，也可以良好地进行热压前的落料加工，并且可以抑制热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失。
附图说明
图1是表示实施例中的热处理曲线的图。
图2是针对钢板中的各Si量分别表示实施例中的平均冷却速度CR2与显微维氏硬度的关系的图。
图3是表示由加热温度与显微维氏硬度的关系来求算显微维氏硬度400Hv所需要的最低加热温度的方法的图。
具体实施方式
本发明人为了解决上述问题进行了深入研究。首先，为了确保构件的稳定的高强度而着眼于钢板中的Si。以下进行详细说明。
在热压技术中，通过将原材料暂时奥氏体化后进行冷却，从而使得在构件的显微组织中生成马氏体，实现高强度化。众所周知，构件的强度依赖于钢中碳的存在状态。Si是对于控制该碳的析出状态来说重要的元素。具体而言，Si是抑制在热压过程中生成的马氏体于冷却中回火软化的元素。根据该Si的效果，在热压后的构件冷却时，即淬火时，即使在构件的部位间产生冷却不均的情况下，具体而言，即使在因模具保持时间缩短或省略模具保持而在构件的部位间产生模具接触时间的差异，其结果在冷却程度上产生差异的情况下，也不受到部位的影响而均可以获得稳定的强度。
为了获得该效果，需要含有1.00％以上的Si。应予说明，前述％在化学成分组成中是指质量％。以下相同。Si量优选为1.05％以上，更优选为1.15％以上。但是，Si也是使钢板的奥氏体化温度即Ac3点升高的元素。如果Si量变得过剩，则该Ac3点升高，需要提高热压中的加热温度，其结果导致容易产生钢板表面的氧化和锌镀层的消失。因此Si量设为2.00％以下。Si量优选为1.80％以下，更优选为1.60％以下。
本发明人进一步为了即使在如上述含有较多Si等合金元素的情况下也良好地进行热压前的落料加工而进行了深入研究。
为了良好地进行热压前的落料加工，需要抑制在落料加工中所用的钢板的抗拉强度。本发明人确认的结果是，如果钢板的抗拉强度超过1100MPa，则用于切断的模具的损伤变大，需要频繁的模具修整等。因此将热压用钢板的抗拉强度设为1100MPa以下。该抗拉强度优选为1000MPa以下，更优选为950MPa以下。对于钢板的抗拉强度的下限，在本发明的成分范围中为大致440MPa以上。以下有时将上述“钢板的抗拉强度”称为“钢板强度”。
上述抗拉强度可以通过拉伸试验进行测定。试片的形状没有特别指定，例如，如后述的实施例所示，较好是设为JIS5号或JIS13号B形状。
进而，本发明人为了获得上述抗拉强度被控制的钢板进行了深入研究。其结果发现，如下所述，在钢板的显微组织中生成珠光体是重要的。
珠光体在组织整体中所占的面积率为30％以上
如前述，通过含有较多Si，从而获得稳定的构件强度。但是，如果含有较多Si或后述的Mn等合金元素，则容易增加马氏体、贝氏体这样的硬质显微组织，使钢板强度升高。为了获得抗拉强度被控制的钢板，需要成为上述马氏体、贝氏体等硬质相极少的显微组织。从该观点考虑，本发明积极地含有珠光体。此外，在铁素体较多而珠光体较少的情况下，尽管抗拉强度被抑制但存在如下的问题。即，如果珠光体变少则碳化物局部集中，在加热中的逆相变中的碳扩散变慢。在升温速度恒定的情况下，扩散时间的缓慢需要由加热温度来补偿。其结果是，需要提高为了由热压确保规定值以上的强度而采用的最低加热温度。如果该最低加热温度变高，则如前述那样容易产生钢板表面的氧化和锌镀层的消失。从该观点考虑也需要积极地含有珠光体。
本发明人具体地发现：为了在实现钢板的抗拉强度为1100MPa以下的同时，使上述最低加热温度降低，珠光体在组织整体中所占的面积率需要设为30％以上。前述珠光体的面积率优选设为35％以上，更优选设为40％以上。通过使前述珠光体的面积率设为30％以上，从而可以抑制马氏体、贝氏体这样的硬质相或铁素体的生成。珠光体分率越多越是可以减少硬质相，但是珠光体分率增加至所需以上时，热轧卷取后的保持时间变长等在钢板制造方面不利。本发明的成分范围中，前述珠光体的面积率的上限为90％左右。珠光体以外的组织较好是主要为铁素体，但贝氏体或马氏体等硬质相只要以在组织整体中所占的比例计为10面积％以下，那么也可以存在。
前述珠光体的面积率的测定方法可以采用后述的实施例中所示的方法进行求算。
为了抑制前述马氏体、贝氏体这样的硬质相或铁素体的生成而实现前述珠光体面积率为30％以上，如后述制造方法中详述的那样，可以列举将精扎温度设为规定值以上且使热轧钢板制造时的卷取温度设为高温。
接着，为了抑制热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失，进行了深入研究。为了抑制上述热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失，极力控制临近热压前的加热温度是有效的。但是，如果降低该加热温度，则难以确保在热压中所得构件的强度。尤其，在如通电加热那样的加热速度很快的情况下，为了获得高强度而希望提高加热温度。
于是，针对用于“即使热压时的加热温度较低，通过热压也获得规定值以上的强度的构件”的方案，进行了深入研究。其结果发现：只要用于该热压的钢板具有如下所示的规定值以上的位错密度即可。
钢板的位错密度为10×1014/m2以上
通过增加显微组织的位错密度，可以促进加热时的奥氏体化。如果可以促进加热时的奥氏体化，则可以降低用于确保构件强度的加热温度，结果可以抑制钢板表面的氧化和锌镀层的消失。
本发明中，以“如后述的实施例中所示那样，热压后的强度、即构件的强度以显微维氏硬度计至少达到400Hv”为目的，针对用于在热压时的加热温度为900℃以下来实现上述硬度的位错密度进行了研究。
其结果发现：钢板的位错密度为10×1014/m2以上即可。前述位错密度优选为15×1014/m2以上，更优选为20×1014/m2以上。另一方面，如果前述位错密度过高则钢板强度成为所需以上的强度，难以满足抗拉强度1100MPa以下。因此，前述位错密度优选为30×1014/m2以下，更优选为28×1014/m2以下。
前述位错密度的测定方法可以采用后述的实施例中所示的方法进行求算。
满足前述位错密度为10×1014/m2以上的钢板，可以通过在该钢板的制造时进行后述条件的冷轧而得到。在冷轧后，为了对钢板赋予镀层或调节钢板强度，有时进行退火。但是，由于钢板中导入的位错密度容易因该退火而降低，因此需要适当控制退火条件，尤其是退火温度来维持位错密度。详细内容示于后述的制造方法。
以上对于作为本发明特征的钢板的Si量、显微组织以及位错密度进行了说明。接着针对上述Si以外的元素进行说明。应予说明，包括前述的Si，钢部件的成分组成与钢板相同。
C：0.15％以上且0.40％以下
C是对于确保进行热压而得的构件的强度来说重要的元素。作为构件强度，为了达到以显微维氏硬度计为400Hv以上，需要将C量设为0.15％以上。C量优选为0.18％以上，更优选为0.20％以上。另一方面，如果C量超过0.40％则焊接部的强度降低。C量优选为0.38％以下，更优选为0.35％以下。
Mn：1.50％以上且3.00％以下
Mn是对于获得稳定的构件强度来说有效的元素。详细而言，Mn是对于下述事项有效的元素：在热压中，抑制从加热到热压开始的期间的铁素体等软质层的生成、或者抑制在热压中及热压后的冷却过程中铁素体等软质层和贝氏体相的生成，从而获得稳定的构件强度。为了发挥该效果，需要将Mn量设为1.50％以上。Mn量优选为1.60％以上，更优选为1.80％以上，进一步优选为2.00％以上。另一方面，如果Mn量过剩，则热压前的钢板强度显著升高，因此将Mn量设为3.00％以下。Mn量优选为2.50％以下，更优选为2.30％以下。
Ti：(N×48/14)％以上且0.10％以下
Ti是对于将钢板中的N固定并确保由B带来的淬透性来说重要的元素。因此，Ti量至少需要是将钢板中的N全部以TiN的形式固定的量。此外，Ti具有使显微组织微细化的效果，还具有改善构件的韧性的效果。从这些观点考虑，将Ti量设为(N×48/14)％以上。前述N是指钢板中的以质量％计的N量。Ti量优选为0.02％以上，更优选为0.03％以上。另一方面，如果Ti量过剩，则钢板强度显著升高，因此将Ti量设为0.10％以下。Ti量优选为0.08％以下，更优选为0.06％以下。
B：0.0005％以上且0.0050％以下
B是对于提高钢板的淬透性来说重要的元素。尤其，通过含有B使淬透性提高，从而可以得到稳定的构件强度。为了发挥该效果，需要含有0.0005％以上的B。B量优选为0.0010％以上，更优选为0.0015％以上。另一方面，如果B量过剩，则粗大的铁硼化合物析出，韧性降低。因此将B量设为0.0050％以下。B量优选为0.0040％以下，更优选为0.0035％以下。
Al：超过0％且0.10％以下
Al是脱氧所必需的元素。从该观点考虑，可以含有超过0％，进而0.01％以上的Al。但是，如果Al量过剩则钢板的Ac3点升高。如果钢板的Ac3点变高，则需要提高热压时的加热温度，容易产生如前述的钢板表面的氧化和锌镀层的消失。因此将Al量设为0.10％以下。Al量优选为0.08％以下，更优选为0.06％以下。
P、S、N是不可避免地含有的元素，从确保构件的焊接性或韧性且从防止表面瑕疵的观点考虑，需要进行抑制。从这些观点考虑，P量为0.05％以下，优选为0.02％以下，S量为0.01％以下，优选为0.008％以下，N量为0.010％以下，优选为0.0060％以下。进而，作为不可避免的杂质的O，从与上述同样的观点考虑，也优选控制在0.001％以下。因为任何元素都难以达到零，所以下限为超过0％。
本发明的钢板、以及使用该钢板得到的钢部件的成分如上所述，余部是铁和不可避免的杂质。此外，除了含有上述元素之外，通过进而适量含有下文中所示的选择元素，可以进一步提高淬透性等。以下对于这些元素进行详述。
Mo和Cr中的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.50％以下
Mo和Cr是有助于提高淬透性的元素。为了发挥该效果，Mo和Cr中的至少一种元素的含量优选以总量计为超过0％，更优选以总量计为0.01％以上。上述“以总量计”是指：在单独的情况下表示单独量；在包含多种元素的情况下表示合计量。以下相同。
另一方面，如果过量含有这些元素，则钢板强度升高，因此Mo和Cr中的至少一种元素的含量优选以总量计为0.50％以下，更优选以总量计为0.30％以下。
Cu和Ni中的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.50％以下
Cu和Ni是有助于改善构件的耐延迟断裂特性的元素，可以根据需要含有。为了发挥上述效果，Cu和Ni中的至少一种元素的含量优选以总量计为超过0％，更优选以总量计为0.05％以上。但是，如果过量含有这些元素，则成为钢板的表面瑕疵，最终是构件的表面瑕疵的主要形成原因。因此，Cu和Ni中的至少一种元素优选以总量计为0.50％以下，更优选以总量计为0.30％以下。
从由Nb、V和Zr构成的组中选择的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.10％以下
对于Nb、V和Zr而言，与Ti同样具有使显微组织微细化的效果。因此，例如将Ti的含量设为固定N所需的最小限度，利用这些元素也可以实现显微组织的微细化。特别是对于抑制高温下的奥氏体晶粒的生长，这些元素更为有效。从该观点考虑，从由Nb、V和Zr构成的组中选择的至少一种元素的含量优选以总量计为0.005％以上，更优选以总量计为0.010％以上。另一方面，如果过量含有这些元素，则热压前的钢板强度升高。因此，从由Nb、V和Zr构成的组中选择的至少一种元素的含量优选以总量计为0.10％以下，更优选以总量计为0.050％以下。
本发明的钢板中，可以在该钢板的至少一面实施锌系镀覆或铝系镀覆。例如在前述锌系镀覆的情况下，可以采用每一面为约10～90g/m2的镀层附着量。
接着，对本发明的热压用钢板的制造方法进行说明。为了得到本发明的钢板，如下所示，需要控制热轧后的卷取工序的条件、冷轧工序的条件、和/或退火工序的条件。换言之，对卷取之前的工序没有特别限定。例如，将满足前述成分组成的钢用通常的方法进行熔炼、铸造，得到板坯等铸片。在进行热轧之际对前述铸片进行加热，加热条件没有特别限定，可以列举例如在约1100～1300℃的温度下进行加热。接着，进行热轧而得到热轧钢板。在热轧中，精扎温度为890～950℃的范围内。精扎温度为890℃以下时，铁素体变多且珠光体面积率减少，不能够确保规定量的珠光体面积率。前述精扎温度优选为900℃以上。另一方面，从确保生产率的观点考虑，将精扎温度设为950℃以下。优选为930℃以下。
在上述热轧后，依次包括下述工序：
(a)在550℃以上进行卷取的工序；以及
(b)以20％以上的冷轧率进行冷轧的工序。
以下对各工序进行详细描述。
(a)在550℃以上进行卷取的工序
通过将钢板以带状进行卷取的温度设为550℃以上，来可以确保规定量的珠光体。通过这样提高卷取温度，从而还可以使热轧钢板的强度降低，提高后述的冷轧率。前述卷取温度优选为580℃以上，更优选为630℃以上。应予说明，从因钢板表面的氧化而导致的劣化的观点考虑，卷取温度的上限为750℃左右。
此外，在所定温度下进行卷取后，追加在500℃以上的温度区域保持3小时以上的工序，由此可进而增加珠光体分率。在这种情况下，例如将钢带投入保温箱中，在下述条件下进行保温，所述条件为：保温温度设为500℃以上，优选设为550℃以上，其上限为650℃左右；并且，保温时间设为1小时以上，优选设为2小时以上，其上限为4小时左右。
如果在上述(a)工序中可降低热轧钢板的强度，那么在下述的冷轧中可进而提高冷轧率。其结果是，可增加钢板的位错密度，对于热压时的加热温度降低有优势地起作用。
(b)以20％以上的冷轧率进行冷轧的工序
冷轧是用于对钢板导入位错的有效方案。通过冷轧而导入规定密度以上的位错，因此将冷态轧制率、即冷轧率设为20％以上。冷轧率优选为25％以上，更优选为30％以上。另一方面，冷轧率的上限根据设备规格而适当决定即可，例如可设为80％以下。本发明中，将钢板的抗拉强度设为1100MPa以下，但为了将该抗拉强度抑制到更低的1000MPa以下，可列举将上述冷轧率设为小于60％。
本发明的热压用钢板包含：前述的冷轧态钢板；和在冷轧后实施了退火的钢板。在前述冷轧后的抗拉强度为1100MPa以下的情况下，可以采用冷轧态的钢板。但是在冷轧中，可以导入位错，另一方面，钢板的抗拉强度容易变高。因此，前述冷轧后的钢板、即、冷轧态钢板的抗拉强度超过1100MPa的情况下，通过在冷轧后进而施予下述(c)所示条件的退火工序，从而实现抗拉强度的降低。
(c)以退火温度为500℃以上且640℃以下并且以在500℃以上的温度区域的滞留时间为500秒以下的条件下进行的退火工序
退火工序中，通过在退火温度为500℃以上进行加热，可以实现冷轧后的钢板强度的降低。前述退火温度优选为550℃以上。另一方面，如果退火温度超过640℃，则由冷轧而增加的位错密度急速降低。因此，将退火温度设为640℃以下。退火温度优选为620℃以下，更优选为600℃以下。
此外，为了抑制上述位错密度的降低，将在500℃以上的温度区域的滞留时间设为500秒以下。该滞留时间优选为450秒以下，更优选为400秒以下，进一步优选为350秒以下。此外，为了实现钢板强度的降低，上述滞留时间优选为10秒以上，更优选为20秒以上。
作为前述退火的加热方法，可以采用炉加热、通电加热、感应加热等。前述退火的气氛没有特别的限定，优选为非氧化性气氛或还原性气氛。
可以在前述钢板的至少一面实施锌系镀覆或铝系镀覆。该锌系镀覆或铝系镀覆的形成方法没有特别限定，在对钢板赋予锌镀层的情况下，在前述退火后冷却至460℃左右，然后浸渍于镀覆浴中形成镀层即可。根据需要可进而使镀层合金化。对于该情况下的合金化而言，从抑制位错密度降低的观点考虑，较好是在500℃以下的较低温度下实施。或者，可以对合金化条件、合金化后的冷却条件进行设定，以使“前述(c)退火工序”和“合金化处理工序(即，升温至合金化温度，并且根据需要在合金化温度下保持，接着进行冷却的工序)”中的在500℃以上且640℃以下的温度区域的滞留时间成为500秒以下。
热压
本发明中，热压、即热冲压的条件没有特别限定，可采用通常所实施的方法。前述热压包括加热工序、冲压工序和冷却工序。以下对各工序进行说明。
加热工序
加热至加热温度(700～900℃)之后进行热压。作为前述加热的方法，可以采用炉加热、通电加热、感应加热等。对于加热温度而言，为了充分地实现奥氏体化而设为700℃以上。优选为750℃以上。另一方面，如上所述，如果该加热温度过高，则容易产生钢板表面的氧化，而且在使用镀锌钢板作为热压用钢板的情况下，锌镀层容易消失。因此，从抑制上述钢板表面的氧化和上述锌镀层的消失的观点考虑，将加热温度设为900℃以下。优选为880℃以下。
在上述加热温度下的保持时间优选为30分钟以下，更优选为15分钟以下，进一步优选为7分钟以下。通过这样控制保持时间，可以抑制奥氏体的晶粒生长，可以提高热状态下的深冲性能、以及热冲压成形品的韧性等特性。保持时间的下限没有特别限定，主要达到上述温度范围即可，但现实中难以严密控制，因此在炉加热的情况下设为1分钟以上即可，在通电加热或感应加热的情况下设为数秒以上即可。
冲压工序
冲压工序中，对由上述加热工序进行了加热的钢板实施冲压、即压力加工。该冲压的起始温度没有特别限定。
冷却工序
冷却工序中，对由上述加热工序进行了加热的钢板、以及对该钢板实施冲压而得的钢部件进行冷却。应予说明，此处的冷却也包括自然冷却，在加热工序后立即开始钢板的冷却。
作为上述热冲压工序的一例，可以列举例如将上述钢板加热至700～900℃之后，例如在约550℃以上的温度下完成成形的方法。前述“完成成形”是指模具到达下死点位置的时刻。应予说明，在通常的热压中进行钢板整体的淬火强化，但通过将进行加热的区域、与模具接触的区域限定为钢板的一部分，也可以仅对钢板的部分区域进行淬火强化。
对于进行热压而得的钢部件，进行切边、开孔等切削，可以得到例如汽车用钢部件。
对于钢部件而言，可以保持原样或者进一步实施上述加工等而作为汽车用钢部件进行使用。作为该汽车用钢部件，可列举例如防撞杆、保险杠、加强件、中柱等。
本申请基于2015年3月18日申请的日本国专利申请第2015-054873号和2015年11月30日申请的日本国专利申请第2015-234099号主张优先权的利益。2015年3月18日申请的日本国专利申请第2015-054873号的说明书的全部内容和2015年11月30日申请的日本国专利申请第2015-234099号的说明书的全部内容引入本申请用于参考。
实施例
以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明根本不受下述实施例的限制，当然可以在能符合前述及后述的主旨的范围内进行适当变更来实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
实施例1
该实施例1中，针对钢板中的Si量对“热压时的冷却速度与钢板硬度的关系”所产生的影响进行了考察。
将满足表1所示成分组成的50kg的钢块熔化，将该钢块加热至1150℃并进行粗轧来制作了厚度30mm的钢板。应予说明，表1中的“sol.Al量”是指本发明中规定的Al量。此外表1和后述的表3中，未添加的元素的栏中表示为“-”。将上述钢板再次加热至1250℃，进行热轧来制作了厚度2.3mm的热轧钢板。这时，精扎温度为920℃，热轧结束后进行水冷至650℃，然后为了模拟实际生产线中的卷取后的冷却状态，投入至炉内温度为650℃的保持炉中保持了30分钟。保持后从保持炉取出进行了自然冷却。对该钢板进行酸洗以除去表面的氧化皮，接着进行冷轧率39％的冷轧，得到了厚度1.4mm的冷轧钢板。冷轧前的热轧态钢板的抗拉强度均为626MPa，冷轧态钢板的抗拉强度均为1023MPa。
接着，使用真空理工株式会社制的热处理再现装置，针对前述冷轧钢板进行了图1所示曲线的热处理。该热处理是模拟进行热压而得到高强度构件的热历史的热处理。该热处理中，加热至900℃保持180秒后，在热压中在冷却至380℃的期间进行压制成形，但本实施例中不进行成形，如图1所示，在冷却至380℃的过程中以CR1为30℃/s进行了冷却，接着在冷却至100℃的过程中以CR2为0.4～30℃/s进行了冷却。应予说明，从100℃放冷至室温。
本实施例中，如上所述，改变CR2、即从380℃冷却至100℃的平均冷却速度。这是对“热压时根据钢板部位的不同，与模具的接触程度不同”、即“根据钢板部位的不同，冷却速度不同”进行了模拟。
测定了上述热处理后的钢板硬度。对于该硬度，在钢板的板厚方向截面的板厚/4位置中，以测定负荷9.8N的条件下测定了任意5处的显微维氏硬度，并求出了平均值。然后，针对钢板中的各Si量分别整理了模拟了成形后的部位间的冷却不均的上述各种CR2与显微维氏硬度的关系。其结果示于图2。
由图2的结果可知：如表1的钢种B那样钢板中的Si量不足的情况下，如图2中●所示，根据热压后CR2的变化而硬度发生变化。相对于此，由图2的结果可知：如表1的钢种A那样，含有如规定那样的较多Si的钢板的情况下，如图2中○所示，即使热压后的冷却速度发生变化也可以获得稳定的构件硬度，也就是说，即使成形后的部位间产生了冷却速度不均，但无论哪个部位都还可以确保稳定的强度。
实施例2
实施例2中，针对钢板的位错密度对热压时的加热温度所产生的影响进行了考察。详细而言，针对钢板的位错密度对于由热压确保规定值以上的强度所需的加热温度、即、最低加热温度所产生的影响进行了考察。
对于表2中的No.1和2，通过如下操作来准备了冷轧钢板。在与实施例1同样的条件下制作作为表1所示钢种A的板厚3.2mm的热轧钢板，用盐酸除去热轧时产生的氧化皮后，以表2所示的冷轧率实施冷轧来准备了具有各种位错密度的冷轧钢板。此外，对于表2中的No.3～7，采用与后述的实施例3相同的方法，在精扎温度920℃下进行热轧，并且在卷取温度650℃下进行卷取，如表2所示使冷轧率改变来准备了具有各种位错密度的冷轧钢板。应予说明，No.3～5和7与后述的实施例3的表4中的No.7～10相同。
位错密度的测定
钢板的位错密度通过X射线衍射法进行了求算。详细内容如下。测定装置使用了株式会社理学(Rigaku)制X射线衍射装置RINT-1500。具体而言，作为X射线源靶使用Co，将射线源输出设定为40kV-200mA，使用受光单色仪针对射线源进行了单色化。将测定样品设置于衍射仪，利用连续测定来测定了2θ＝40°～130°的X射线衍射强度。
在衍射强度的获取中，将狭缝条件设为发散角1°、散射角1°、狭缝宽度0.15mm，测定样品的旋转速度(X射线扫描速度)设为1.2°/min、采样宽度设为0.012°步长。
基于峰值拟合，由利用上述测定得到的X射线衍射强度数据、即X射线衍射图形求算了α-Fe的晶体衍射面即(110)、(211)、(220)面的衍射峰宽(半值宽度)。该峰宽包含测定装置自身所具有的固有值以及按照2θ的表观峰宽的变化这两者，因此利用Si标准粉末试样(NIST批号640c)的测定结果对它们的影响进行了校正，使用该校正值，利用Williamson-Hall法计算了各样品的位错密度。前述Williamson-Hall法可以参照文献“材料与工艺(材料とプロセス)Vol.17(2004)P396-P399”。
由热压确保规定值以上的强度所需要的最低加热温度的测定
接着，使用各冷轧钢板，如下述那样操作求出了由热压确保规定值以上的强度所需要的最低加热温度。即、作为模拟了热压工序中的加热的热处理，对冷轧钢板进行加热至达到各种加热温度，到达该加热温度后，以不进行保持的方式自然放冷至室温，得到了试验用钢板。上述热处理使用富士电波工机株式会社制的热加工再现装置“サーモマスターZ”来进行了。此外，将从室温加热至上述加热温度的平均加热速度设为100℃/s。本实施例中，如上所述冷轧率为多种，因此所得冷轧钢板的板厚也多种多样。为了消除因该板厚导致的自然放冷速度的差异，在上述热处理中，使用了将冷轧后的钢板磨削而使板厚统一为1.4mm的钢板。
接着，在上述试验用钢板的板厚t/4位置，对于各加热温度的钢板测定了5处的显微维氏硬度，并求出了平均值。然后，在图3中，如针对表2的No.1和No.2所例示的那样，求出了表示加热温度与上述显微维氏硬度的关系的曲线。图3中，○表示冷轧率39％的No.2的数据，△表示冷轧率0％的No.1的数据。该图3中如箭头所示，将显微维氏硬度400Hv的线与各曲线的交点的加热温度作为最低加热温度进行了求出。
表2中示出位错密度和最低加热温度的结果。
表2
由表2可知下述内容。如No.1和4所示在位错密度非常小的情况下，最低加热温度变高。相对于此，如No.2、3和5～7那样在位错密度较高的情况下，最低加热温度被抑制为较低水平。即，通过实施冷轧率为规定值以上的冷轧，从而导入规定值以上的位错密度，通过在热压中使用该导入了规定值以上的位错密度的钢板，从而可以大幅抑制要确保规定值以上的强度所需的热压时的加热温度。如果像这样可以大幅抑制热压时的加热温度，则可以抑制热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失。
实施例3
实施例3中，针对钢板的制造条件对显微组织和位错密度、作为其结果的钢板抗拉强度和最低加热温度所产生的影响进行了考察。
使用与表1的钢种A或表3的钢种C的成分基本一致的钢种AA的钢块、和表3的钢种C～J的钢块，在实际生产设备中，加热温度为1200℃，以表4所示的精扎温度进行热轧，以表4所示的卷取温度进行卷取，制造了表4所示的各板厚的热轧钢板的钢带，其中，所述钢种AA的成分组成以质量％计含有C：0.22％、Si：1.14％、Mn：2.25％、P：0.010％、S：0.005％、sol.Al：0.038％、N：0.0035％、B：0.0022％、和Ti：0.021％，余部为铁和不可避免的杂质。表4的No.1是热轧态的钢板。
上述热轧后进行酸洗，对于表4的No.2、3和7～21以表4所示的冷轧率进行冷轧而得到了表4所示的各板厚的冷轧钢板。应予说明，上述No.7～21中，为了得到所期望的冷轧率，对热轧钢板的板厚和冷轧钢板的板厚进行调整来进行了实验。此外，表4的No.4～6中，以冷轧率52％进行冷轧而得到板厚1.6mm的冷轧钢板，然后对该冷轧钢板实施了退火。对于该退火而言，使用真空理工株式会社制的热处理再现装置(CAL模拟器)，改变表4所示的条件、即、表4所示的退火温度和保持时间、以及在500℃以上的滞留时间来进行了。
针对这些各种各样的钢板、即、No.1的热轧态的钢板、No.2、3和7～21的冷轧态的钢板、No.4～6的冷轧后实施了退火的钢板的各钢板，进行了显微组织的观察和珠光体面积率的测定，并且求出了位错密度和抗拉强度。上述显微组织的观察和珠光体面积率的测定、以及抗拉强度的测定如下所述。前述位错密度采用实施例2中记载的方法进行了求算。进而与实施例2同样地测定了最低加热温度。最低加热温度的测定中，在其热处理前进行了表面磨削而减厚至板厚1.4mm，使任意钢板的板厚均成为恒定值之后进行了测定。这些结果示于表4。应予说明，对于下述表4的No.14，由于钢板的抗拉强度显著超出规定的范围，因此没有进行最低加热温度的测定。
显微组织的观察和珠光体面积率的测定
对于显微组织的观察而言，以倍率1000倍针对钢板的板厚1/4位置进行SEM(Scanning Electron Microscope，扫描电子显微镜)观察，利用点算法算出了其视野中的珠光体的面积率。SEM照片的1个视野的尺寸为90μm×120μm。点算法中的网格尺寸是将1个视野分割为纵20点、横20点，以便实施了点算法。即，针对1个视野进行400点的测定来求算了珠光体的面积率，并求出了合计3个视野的平均值。应予说明，本发明中的珠光体还包含疑似珠光体。对于前述显微组织的观察而言，钢板为产品的钢带状态时，在钢带宽度方向的1/4位置、即如上述的钢板板厚的1/4位置进行即可。或者，可以在落料加工后、即在热压前的钢板的任意位置进行显微组织的观察。
抗拉强度的测定
从钢板切出了JIS5号形状的试片作为拉伸试验用试片。然后，使用岛津制作所制AG-IS250kN自动绘图拉伸试验机，以变形速度为10mm/min，采用JIS Z 2241中规定的方法，求算了钢板的抗拉强度。
由表3和表4可知下述内容。如No.1所示，对于热轧态的钢板而言，虽然抗拉强度可达到1100MPa以下，但不能够确保规定量的位错密度，热压时用来得到规定值以上强度的最低加热温度变高。对于该钢板而言，难以充分地抑制热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失。
No.2是对于上述No.1进而实施了冷轧率39％的冷轧的例子。对于该No.2中所得的冷轧态钢板而言，位错密度高且最低加热温度也低，并且抗拉强度成为1100MPa以下。另一方面，No.3是对于上述No.1以比上述No.2更高的冷轧率实施了冷轧的例子。如该No.3那样提高了冷轧率的情况下，位错密度足够高且最低加热温度低，但是抗拉强度超过1100MPa。如果对这样的抗拉强度高的钢板实施落料加工，则该落料加工中所用的工具容易产生损伤或磨耗。
No.4～6是对于上述No.3的冷轧态钢板以各种条件进行了退火的例子。其中，对于No.4而言，由于以适当的条件进行了退火，因此在确保必要的位错密度的同时还可实现钢板的抗拉强度降低。
相对于此，对于No.5而言，由于退火温度为665℃超过了规定温度范围的上限，因此由冷轧确保的位错密度的降低显著，最低加热温度变高。对于该钢板而言，与上述No.1同样，难以充分地抑制热压时的钢板表面的氧化和锌镀层的消失。此外，对于No.6而言，虽然退火温度适当但在500℃以上的滞留时间超出了规定的范围，因此位错密度降低而最低加热温度变高。
No.7～21是使用了表3的钢种的例子。其中，No.7～14是使用钢种C、改变精扎温度、卷取温度、冷轧率来制造了冷轧态的钢板的例子。这些例子中，对于No.8而言，由于冷轧率过低，因此不能确保足量的位错密度，最低加热温度变高。对于No.11和No.12而言，由于精扎温度低于规定范围，因此铁素体变多而不能确保所定量的珠光体。这些例子由于铁素体量多而钢板的抗拉强度低，但因为珠光体不足而导致最低加热温度变高。对于No.14而言，由于卷取温度过低，因此不能够确保珠光体，组织仅成为贝氏体，抗拉强度超过1100MPa。与上述No.3同样，如果对这样的抗拉强度高的钢板实施落料加工，则该落料加工中所用的工具容易产生损伤或磨耗。相对于此，对于No.7、9、10和13而言，由于以适当的条件制造钢板，因此在确保必要的位错密度的同时还可实现钢板的抗拉强度降低。此外，No.15～21是使用了表3的钢种D～J的例子。这些例子由于以适当的条件制造钢板，因此在确保必要的位错密度的同时还可实现钢板的抗拉强度降低。
如上所示，本发明中规定的热压用钢板可以良好地进行落料加工，并且可以降低热压的加热温度，因此可以抑制在热压加热时可能发生的钢板表面的氧化和锌镀层的消失。

Claims (6)

1.一种热压用钢板，其特征在于，
所述钢板的成分以质量％计含有
C：0.15％以上且0.40％以下、
Si：1.00％以上且2.00％以下、
Mn：1.50％以上且3.00％以下、
Ti：(N×48/14)％以上且0.10％以下、
B：0.0005％以上且0.0050％以下、
Al：超过0％且0.10％以下、
P：超过0％且0.05％以下、
S：超过0％且0.01％以下、和
N：超过0％且0.010％以下，
余部为铁和不可避免的杂质，
位错密度为10×1014/m2以上，
组织整体中珠光体所占的面积率为30％以上，
并且，抗拉强度为1100MPa以下。
2.根据权利要求1所述的热压用钢板，其特征在于，
所述钢板的成分以质量％计还含有以下(i)～(iii)中的任一者以上，
(i)Mo和Cr中的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.50％以下，
(ii)Cu和Ni中的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.50％以下，
(iii)从由Nb、V和Zr构成的组中选择的至少一种元素：以总量计，超过0％且0.10％以下。
3.根据权利要求1所述的热压用钢板，其特征在于，
在所述钢板的至少一面具有锌系镀层或铝系镀层。
4.根据权利要求2所述的热压用钢板，其特征在于，
在所述钢板的至少一面具有锌系镀层或铝系镀层。
5.一种热压用钢板的制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1～4中任一项所述的热压用钢板，所述制造方法依次包括：
将满足所述钢板的成分组成的钢在精扎温度为890～950℃之下进行热轧后，在550℃以上进行卷取的工序；以及
以20％以上的冷轧率进行冷轧的工序；其中，
在所述冷轧后的钢板的抗拉强度超过1100MPa的情况下，还包括：
所述冷轧后，以退火温度为500℃以上且640℃以下并且以在500℃以上的温度区域的滞留时间为500秒以下的条件下进行退火的工序。
6.一种钢部件的制造方法，其特征在于，使用权利要求1～4中任一项所述的热压用钢板，在加热温度为700～900℃之下进行加热后，进行热压。
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