JP2007154258A - 高強度鋼部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.08〜0.45%、Si:0.5%以下、Mn+Cr:0.5〜3.0%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:1%以下、N:0.01%以下、任意添加元素として、Ni:2%以下および/またはCu:1%以下、B:0.01%以下、Nb:1.0%以下、Ti:1.0%以下、Mo:1.0%以下およびV:1.0%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有し、残部Feおよび不純物からなる鋼組成を有し、表層部におけるフェライトの組織分率:80%以上、内層部が旧オーステナイト平均粒径25μm以下のマルテンサイトからなり、かつこの表面の中心線平均粗さRaと、表面粗さ曲線の中心線から0.3175μm以上の山と0.3175μm以上の谷との対の25.4mm当りの数PPIとの積が200以上、引張強さが780MPa以上である高強度鋼部材である。
【選択図】なし
Description
これらの本発明にかかる高強度鋼部材では、さらに、B:0.01%以下を含有することが望ましい。
本実施の形態の高強度鋼部材、およびその素材である鋼材の組成の限定理由を説明する。
Cは、焼入れ性を高め、かつ焼入れ後の強度を決定する非常に重要な元素である。780MPa以上の引張強さを確保するために、少なくとも0.08%以上含有させる。一方、C含有量が0.45%を超えると強度が高くなり過ぎ、靱性劣化が著しくなり、曲げ変形時の吸収エネルギーが低下する。そこで、本実施の形態では、C含有量は0.08%以上0.45%以下と限定する。より望ましいC含有量の下限は0.15%であり、上限は0.33%である。
Siは、焼入れ性を高めかつ焼入れ後の強度の安定確保に有効な元素である。しかし、Si含有量が0.5%を超えてもこのような効果の向上は望めず、いたずらにコストの増加を招いてしまう。そこで、本実施の形態では、Si含有量は0.5%以下と限定する。
MnおよびCrは、いずれも、焼入れ性を高め、かつ焼入れ後の強度を安定して確保するために、非常に有効な元素である。MnおよびCrの合計含有量(以下、「(Mn+Cr)含有量」ともいう。)が0.5%未満ではこのような効果を十分得ることができず、一方、(Mn+Cr)含有量が3.0%を超えるとその効果は飽和し、かえって安定した強度確保が困難になる。そこで、本実施の形態では、(Mn+Cr)含有量は0.5%以上3.0%以下と限定する。より望ましい(Mn+Cr)含有量の下限は0.8%であり、上限は2.0%である。
P含有量が0.05%を超えると、鋼部材の靱性が大きく劣化する。そこで、本実施の形態では、P含有量は0.05%以下と限定する。
S含有量が0.05%を超えると、鋼部材の靱性が大きく劣化する。そこで、本実施の形態では、S含有量は0.05%以下と限定する。
Alは、焼入れ性を高めかつ焼入れ後の強度の安定確保に有効な元素である。しかし、Al含有量が1%を超えるとこのような効果は飽和し、いたずらにコストの増加を招くこととなる。そこで、本実施の形態では、Al含有量は1%以下と限定する。
Nは、焼入れ性を高めかつ焼入れ後の強度の安定確保に有効な元素である。しかし、N含有量が0.01%を超えるとこのような効果は飽和し、いたずらにコストの増加を招くこととなる。そこで、本実施の形態では、N含有量は0.01%以下と限定する。
さらに、本実施の形態では、以下の元素を任意添加元素として含有してもよいので、これらの任意添加元素についても説明する。
Ni、Cuは、本実施の形態では任意添加元素であり、焼入れ性を高めかつ焼入れ後の強度の安定確保に有効な元素であるので、必要に応じて1種または2種を含有させることができる。しかし、Ni:2%超、Cu:1%超含有させてもその効果は小さく、いたずらにコストの増加を招くこととなる。そこで、Ni、Cuを含有させる場合には、その含有量は、Ni:2%以下および/またはCu:1%以下とすることが望ましい。より望ましいB含有量の下限は、Niについては0.01%であり、Cuについては0.01%である。
Bは、本実施の形態では任意添加元素であり、焼入れ性を高めかつ焼入れ後の強度の安定確保に有効な元素である。また、粒界に偏析して粒界強度を高め、靱性を改善し、曲げ変形時の吸収エネルギーを向上させる点でも重要な元素である。さらに、焼入れ前の昇温時におけるオーステナイト粒の成長を抑制する効果も高い。しかし、B含有量が0.01%を超えるとこのような効果は飽和し、コストの増加を招くこととなる。そこで、Bを含有させる場合には、その含有量は0.01%以下と限定することが望ましい。より望ましいB含有量の下限は0.001%であり、上限は0.0030%である。
Nb、Ti、MoおよびVは、いずれも、任意添加元素であり、Ac3点以上に加熱したときに、再結晶を抑制しかつ微細な炭化物を形成してオーステナイト粒を細粒にするため、靱性を大きく改善し、曲げ変形時の吸収エネルギーを向上させる効果を有するので、1種または2種以上を含有させる。しかし、各元素の含有量が1.0%を超えても、このような効果は飽和し、いたずらにコストの増加を招く。そこで、Nb、Ti、MoまたはVを含有させる場合には、その含有量はNb:1.0%以下、Ti:1.0%以下、Mo:1.0%以下またはV:1.0%以下と限定することが望ましい。
本実施の形態の高強度鋼部材、およびその素材である鋼材は、以上説明した鋼組成を有する。
本実施の形態では、この実施の形態の高度鋼部材は、上述した鋼組成を有する鋼材を、平均昇温速度1〜100℃/sでAc3点以上(Ac3点+200℃)以下の温度域に加熱し、この温度域に5分間以下保持した後、上部臨界冷却速度以上の冷却速度で焼入れ処理を施すことにより、製造される。
表面から深さ15μmまでの表層部におけるフェライトの組織分率:80%以上
鋼部材の表層部をフェライト主体の組織とすることにより、曲げ変形時の吸収エネルギーを向上することができる。フェライト組織分率が80%未満であると、吸収エネルギーの向上効果が十分ではなくなるので、この表層部におけるフェライトの組織分率を80%以上とする。望ましくは85%以上、さらに望ましくは90%以上である。なお、フェライト主体の組織とする表層部の厚さが15μmを超えると、鋼部材全体の強度が低下するので、表層部は表面から深さで15μmまでの範囲とする。
上述した表層部を除く鋼部材の内層部のマルテンサイトの旧オーステナイト平均粒径を小さくすることにより、曲げ変形時の吸収エネルギーを向上することができる。旧オーステナイト平均粒径が25μmを超えると、その効果は十分でないので、25μm以下とする。望ましくは20μm以下、さらに望ましくは15μm以下である。なお、本発明におけるマルテンサイトに、残留オーステナイト及びベイナイトを併せて10体積%未満含まれていても、実質的に特性には影響を及ぼさないので、許容される。
鋼部材の表面における(Ra×PPI)値を大きくすることにより、曲げ変形時の吸収エネルギーが向上する。しかし、(Ra×PPI)値が200未満ではこのような効果が十分ではないので、200以上とする。望ましくは250以上、さらに望ましくは300以上である。
本実施の形態の高強度鋼部材の引張強度は、780MPa以上である。このため、この高強度鋼部材は、センターピラーリンフォースメントやフロントクロスメンバー等の自動車用高強度部品用の素材として極めて望ましいものである。
表1に示す化学組成、Ac3点および(Ra×PPI)値を有する、板厚は2.3mmの鋼板を鋼部材の素材である鋼材とした。これらの鋼板は、実験室で溶製したスラブを、熱間圧延または熱間圧延後に酸洗を行い冷間圧延により製造した鋼板である。また、鋼板の表面の粗さ調整のため、スキンパス圧延を行った。
表層部のフェライト組織分率は、断面の光学顕微鏡観察画像または電子顕微鏡観察画像より、画像解析を行って算出した。
静的3点曲げ試験条件は、ポンチ径R6.5、ストローク速度10mm/min、スパン間隔140mmとした。吸収エネルギーについては、最大荷重までの吸収エネルギーで評価した。
Claims (6)
- 質量%で、C:0.08〜0.45%、Si:0.5%以下、Mn+Cr:0.5〜3.0%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Feおよび不純物からなる鋼組成を有し、表面から深さ15μmまでの表層部におけるフェライトの組織分率が80%以上であり、さらに、前記表層部を除いた内層部が旧オーステナイト平均粒径25μm以下のマルテンサイトからなり、かつ該表面の中心線平均粗さRaと、表面粗さ曲線の中心線から0.3175μm以上の山と0.3175μm以上の谷との対の25.4mm当りの数PPIとの積が200以上であることを特徴とする、引張強さが780MPa以上の高強度鋼部材。
- さらに、質量%で、Ni:2%以下および/またはCu:1%以下を含有する請求項1に記載された高強度鋼部材。
- さらに、質量%で、B:0.01%以下を含有する請求項1または請求項2に記載された高強度鋼部材。
- さらに、質量%で、Nb:1.0%以下、Ti:1.0%以下、Mo:1.0%以下およびV:1.0%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有する請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された高強度鋼部材。
- 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載された鋼組成を有する鋼材を、平均昇温速度1〜100℃/sでAc3点以上(Ac3点+200℃)以下の温度域に加熱し、該温度域に5分間以下保持した後、上部臨界冷却速度以上の冷却速度で焼入れ処理を施すことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された高強度鋼部材の製造方法。
- 前記鋼材は、表面の中心線平均粗さRaと、表面粗さ曲線の中心線から0.3175μm以上の山と0.3175μm以上の谷との対の25.4mmあたりの数PPIとの積が50以上である請求項5に記載された高強度鋼部材の製造方法。
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