JP2007211276A - 熱間プレス用めっき鋼板およびその製造方法ならびに熱間プレス成形部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板の表面にめっき被膜を備える熱間プレス用めっき鋼板である。鋼板が、C:0.09〜0.50%、Si:2.0%以下、Mn:0.8〜3.5%、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下およびNb:0.005〜0.20%を含有し、残部がFeおよび不純物である鋼組成を有するとともに、面積率で、ポリゴナルフェライト:30〜97%、ベイナイト:0〜20%未満、残部がパーライトである鋼組織を有し、ポリゴナルフェライトの平均結晶粒径が2〜25μmである。さらに、めっき鋼板の表面粗さRaが0.4〜2.2μmである。
【選択図】図1
Description
0.05≦Nb+Ti+5×Ca≦0.3 ・・・・・・・(1)
ここで、式(1)における元素記号は上述した鋼組成における各元素の含有量(%)を表す。
本実施の形態の熱間プレス用めっき鋼板の(a)組成、(b)組織、(c)めっき層および(d)表面粗さについて順次説明する。
C:0.09%以上0.50%以下
熱間成形は、材料を加熱することにより軟質化させ、成形し易くすることが一つの特色であるが、あわせて、プレス金型等で急冷することにより焼入れし、より高強度の成形品を得るものである。焼入れ後の鋼の強度は主にC含有量によって決定されるため、目的とする強度に応じてC含有量を設定すればよい。本実施の形態では0.09%以上含有させる。より高強度の成形品が必要な場合にはC含有量を0.20%超とすることが望ましい。
Si含有量が2.0%超であると、熱間圧延時ならびに熱間成形時の加熱中にSiスケールを多く発生してスケール疵が発生し易くなる。そのため、Si含有量を2.0%以下とする。このような観点からはSi含有量の下限は特に規定しないが、Siは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後の強度の安定効果をさらに高める有用な元素であるので、焼入れ性の効果を確実に得る場合にはSiを0.02%以上含有させることが好ましい。なお、コストと焼入れ性改善効果との観点からSi含有量は0.1%以上1.0%以下とすることがさらに好ましい。
Mnは、鋼板の焼入れ性を高め、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。しかし、Mn含有量が0.8%未満ではこの効果は十分ではない。一方、Mn含有量が3.5%を超えるとその効果は飽和し、さらに熱間成形部材の靱性劣化を招く。したがって、Mn含有量を0.8%以上3.5%以下とする。コストと焼入れ性改善効果との観点からMn含有量は0.9%以上2.5%以下であることが望ましい。
Pは、不純物として含有されるが、P含有量が0.10%を超えると熱間成形部材の靱性が劣化する。したがって、P含有量を0.10%以下とする。好ましくは0.03%以下であり、さらに好ましくは0.015%以下である。このような観点からはP含有量の下限は特に規定しないが、過度に低減することは相応のコスト増加につながる。したがって、製造コストの観点から、P含有量を0.002%以上とすることが好ましく、0.004%以上とすることがさらに好ましい。
Sは、不純物として含有され、硫化物を形成して熱間成形部材の靱性を劣化させる。S含有量が0.05%を超えると熱間成形部材の靱性が著しく劣化する。したがって、S含有量を0.05%以下とする。好ましくは0.01%以下であり、さらに好ましくは0.002%以下である。S含有量の下限は特に規定しないが、過度に低減することは相応のコスト増加につながる。したがって、製造コストの観点から、S含有量を0.0002%以上とすることが好ましく、0.0004%以上とすることがさらに好ましい。
Alは、鋼の脱酸剤として用いられるが、0.1%を超えて含有させると、鋼中に多くの酸化物を生成して熱間成形部材の靱性劣化を招く。したがって、Al含有量を0.1%以下とする。好ましくは0.08%以下である。一方、鋼の脱酸効果を確実に得るには0.005%以上含有させることが好ましく、0.01%以上含有させることがより好ましい。
Nは、不純物として含有され、Al、Ti、Nb、B等と結合して窒化物を形成して熱間成形部材の靱性を劣化させる。N含有量が0.01%を超えると熱間成形部材の靱性が著しく劣化する。したがって、N含有量を0.01%以下とする。好ましくは0.005%以下である。N含有量の下限は特に規定しないが、過度に低減することは相応のコスト増加につながる。したがって、製造コストの観点から、N含有量を0.0002%以上とすることが好ましく、0.0005%以上とすることがさらに好ましい。
Nbは、Ac3点以上のオーステナイト域においてオーステナイトの粗大化を抑制することにより、熱間成形部材の靱性を改善する効果を有する。その効果を得るには0.005%以上の含有が必要である。好ましくは0.020%以上である。一方、Nb含有量が0.20%超になると、コストが増加するばかりか粗大なNb系の介在物や析出物を生成して熱間成形部材の靱性を却って劣化させる。したがって、Nb含有量の上限を0.20%とする。好ましくは0.12%である。
さらに、本実施の形態の熱間プレス用めっき鋼板は、以下に列記する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。
TiおよびVは、1種単独でまたは2種複合して添加することにより、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後の強度の安定効果をさらに高める効果を有するので、添加してもよい。さらに、Tiは、Nbと同様にAc3点以上のオーステナイト域においてオーステナイトの粗大化を抑制することにより、熱間成形部材の靱性を改善する効果を有する。しかし、過剰に添加すると、鋼板の焼入れ性や焼入れ後の強度の安定効果が飽和しコスト増を招くばかりか、鋼中のNと結合し粗大な窒化物を形成して熱間成形部材の靱性を却って劣化させる場合がある。
Cr、Mo、Cu、NiおよびBは、1種単独でまたは2種以上複合して添加することにより、鋼板の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後の強度の安定効果をさらに高める効果を有するので、添加してもよい。しかし、これらの元素を過剰に添加すると、鋼板の焼入れ性や焼入れ後の強度の安定効果が飽和し、コスト増を招くだけとなるので、それぞれの含有量を、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、B:0.01%以下とすることが好ましい。
Ca、MgおよびREMは、1種単独でまたは2種以上複合して添加することにより、鋼中の介在物の形態を微細化し、介在物による熱間プレス時の割れを防止する効果を有するので、添加してもよい。特にCaは、MnSを微細化する効果に加えて、TiN、NbN、(Ti,Nb)Nといった窒化物を微細化するため、熱間成形部材の靱性改善効果が著しい。しかし、これらの元素を過剰に添加すると、鋼中の介在物の形態を微細化する効果が飽和し、コスト増を招くだけとなるので、それぞれの含有量を、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、REM:0.1%以下とすることが好ましい。
上記以外は、Feおよび不純物である。
組織は、面積率で、ポリゴナルフェライト:30%以上97%以下、ベイナイト:0%以上20%未満、及び残部がパーライトである。さらに、このポリゴナルフェライトの平均結晶粒径は、2μm以上25μm以下である。
また、ポリゴナルフェライトの平均結晶粒径は2μm以上25μm以下とする。フェライトの平均結晶粒径が2μm未満であると、鋼板が硬質となり過ぎて平坦矯正が困難となって鋼板の平坦度が劣化し、焼きの入り方が不均一となり、熱間プレス成形部材内において硬度のバラツキを生じ易くなる。
本実施の形態にかかる熱間プレス用めっき鋼板におけるめっきは、耐食性の向上の目的に適うものであればよく、公知の溶融金属めっきや電気めっき等を施すことができる。溶融金属めっきとしては、例えば、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっき、さらには溶融アルミニウム−亜鉛めっき等を例示することができる。
本実施の形態にかかる熱間プレス用めっき鋼板における表面粗さRaは0.4μm以上2.2μm以下である。表面粗さRaが0.4μm未満であると、熱間プレス時に、鋼板と金型との摩擦が大きくなり、熱間プレス成形部材に表面疵が発生する場合がある。一方、表面粗さRaが2.2μm超であると、鋼板と金型との接触ムラが発生し、熱間プレス成形部材内において硬度のバラツキを生じ易くなる。そのため、鋼板表面粗さRaは0.4μm以上2.2μm以下とする。
本実施の形態にかかる熱間プレス用めっき鋼板の好適な製造方法は、上記(a)項に示す鋼組成を有する溶鋼を連続鋳造によりスラブとなすにあたり、中心偏析処理を施す連続鋳造工程を備えるものである。
(2)熱間圧延工程
本実施の形態にかかる熱間プレス用めっき鋼板の好適な製造方法は、上記(1)項に示すスラブに熱間圧延を施し、Ar3点以上で熱間圧延を完了し、その後2℃/秒以上の平均冷却速度で700℃以下まで冷却してから巻取りを行う熱間圧延工程を備えるものである。
(i)熱間圧延完了温度:Ar3点以上
本実施の形態では、熱間圧延を完了する温度(以下、「仕上温度」ともいう)を、Ar3点以上とする。
熱間圧延後巻取りまでの平均冷却速度は2℃/秒以上とする。
この平均冷却速度が2℃/秒未満であると、ポリゴナルフェライトの生成が促進されて、その後の冷間圧延工程および焼鈍工程を経てもポリゴナルフェライトの面積率が97%超となる場合がある。平均冷却速度の上限は特に限定しないが、200℃/秒を超えると、熱間圧延鋼板が硬質化して後続する冷間圧延が困難となる場合があるので、200℃/秒以下とすることが好ましい。
巻取温度が700℃超であると、ポリゴナルフェライトの生成が促進され、ポリゴナルフェライトの面積率が97%超となる場合がある。巻取温度の下限は特に限定しないが、350℃未満であるとマルテンサイトが生成して鋼板が硬質化し、上述したように冷間圧延が困難になる場合がある。また、後述するように、本発明鋼は、フェライトの面積率30%以上を確保するためにAc3点未満のフェライト域での焼鈍を実施するため、熱間圧延時に生成されたフェライトは、その後の冷間圧延工程・焼鈍工程を経ても所望するフェライト面積率に影響を及ぼす。このため、巻取温度は350℃以上とすることが好ましい。
めっきは、熱間プレス後の熱間プレス成形部材の耐食性の向上を目的として、上述した熱間圧延工程により得られる熱間圧延鋼板に慣用の方法で冷間圧延を行って得られる冷間圧延鋼板の表面に施すものであるから、耐食性の向上の目的に適うものであればよく、公知の溶融金属めっきや電気めっきなどを公知の方法により施すことができる。化学めっきや蒸着めっき等であっても構わない。
表面粗さRaで3.0μm以下の調質圧延ロールにてめっき後の鋼板の伸び率を0.05%以上1.0%以下で調質圧延を施すことにより、容易にめっき後の鋼板の表面粗さRaを0.4μm以上2.2μm以下にすることができるので好ましい。
表1に示す鋼組成を備える鋼を転炉試験機で溶製し、連続鋳造試験機で連続鋳造を行ってスラブとした。表2に示すように、一部については、スラブ最終凝固部において連続鋳造試験機内の上下対のロール間隔を狭める中心偏析処理を実施し、一部については、中心偏析処理を実施しなかった。
(I)熱間プレス用めっき鋼板の金属組織
熱間プレス用めっき鋼板の圧延方向に平行な断面について、走査型電子顕微鏡を用いて、金属組織を観察した。
各熱間プレス用めっき鋼板の圧延直角方向からJIS 5号引張試験を採取して引張試験を行い、降伏点YP、引張強さTSおよび伸びElを測定した。試験方法はJIS Z2241に準じた。
各熱間プレス用めっき鋼板における表面粗さを2元粗さ計により求めた。圧延方向ならびに圧延直角方向の平均粗さRaを求め算術計算にて平均値とした。
得られた熱間プレス成形部材を図1の切断位置1、2、3、4、5の5箇所で切断した。各々の切断位置において、断面硬度測定箇所A〜Kの11箇所の断面硬度を測定した。硬度測定は、ビッカース硬度計を用い9.8Nの荷重で測定した。測定方法はJIS Z 2244に準拠した。断面の測定位置は板厚の中心部とした。得られた硬度値の最大値ならびに最小値から、硬度ばらつき(偏差)を求めた。
得られた熱間プレス成形部材からシャルピー試験片を切り出し、シャルピー衝撃試験を実施した。切り出し位置は、図1の切断位置1、2、3、4、5の5箇所について、断面硬度測定箇所A、C、F、I、Kから各1個ずつ切り出し、5枚を重ね合わせてビス止めをし、板厚10mmの試験片とした。試験片形状は、JIS Z 2202に記載されているVノッチシャルピ−試験片とした。試験方法は、JIS Z 2242に記載されている方法に準じ、−120℃温度における吸収エネルギーを調査した。
得られた熱間プレス成形部材の切断位置3近傍から試験部材を切り出した。その後、日本パーカライジング(株)製PBL−3080で通常の化成処理条件により燐酸亜鉛処理を行った後、関西ペイント(株)製電着塗料GT−10を電圧200Vのスロープ通電で電着塗装し、焼き付け温度150℃で20分焼き付け塗装した。塗膜厚みは20μmとした。試験片の塗膜にカッターナイフで素地に達するスクラッチ傷を入れた後、JIS Z 2371に規定された塩水噴霧試験を480時間行った。傷部からの塗膜膨れ幅もしくは錆幅を測定し、塗装後耐食性を評価した。評価基準は錆幅、塗膜膨れ幅のいずれか大きい方の値で◎:0〜2mm、○:2.1〜4.0mm、×:4.1mm以上とした。
部材表裏面を目視で観察した。
熱間プレス用めっき鋼板、およびこの熱間プレス用めっき鋼板を素材とする熱間プレス成形部材の試験結果を表4、5にまとめて示す。
Claims (12)
- 鋼板の表面にめっき被膜を備えるめっき鋼板であって、前記鋼板が、質量%で、C:0.09〜0.50%、Si:2.0%以下、Mn:0.8〜3.5%、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下およびNb:0.005〜0.20%を含有し、残部がFeおよび不純物である鋼組成を有するとともに、面積率で、ポリゴナルフェライト:30〜97%、ベイナイト:0〜20%未満、残部がパーライトである鋼組織を有し、前記ポリゴナルフェライトの平均結晶粒径が2〜25μmであり、さらに、前記めっき鋼板の表面粗さRaが0.4〜2.2μmであることを特徴とする熱間プレス用めっき鋼板。
- 前記鋼組成が、質量%で、Ti:0.20%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種をさらに含有することを特徴とする請求項1に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
- 前記鋼組成が、質量%で、Cr:1.0%以下、Mo:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下およびB:0.01%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
- 前記鋼組成が、質量%で、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下およびREM:0.1%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上をさらに含有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
- 前記鋼組成が、質量%で、Ca:0.0005〜0.01%を含有し、かつ、下記式(1)を満足するものであることを特徴とする請求項4に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
0.05≦Nb+Ti+5×Ca≦0.3 ・・・・・・・(1)
ここで、式(1)における元素記号は前記鋼組成における各元素の含有量(単位:質量%)を表す。 - 前記めっき被膜の片面当りの目付量が40〜150g/m2であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
- 前記ポリゴナルフェライトに占める、粒内に0.2μm以上の粒径を有するセメンタイトを2個以上含有する結晶粒の個数割合が0.6〜1であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
- 前記めっき被膜は、Feを5〜25質量%含有する合金化溶融亜鉛めっき被膜であることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
- 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溶鋼に中心偏析処理を施す連続鋳造法によりスラブとし、該スラブにAr3点以上の温度域で熱間圧延を施し、その後2℃/秒以上の平均冷却速度で700℃以下まで冷却してから巻取りを行って熱間圧延鋼板とし、該熱間圧延鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板とし、該冷間圧延鋼板を(Ac1点−50℃)以上Ac3点未満の温度域に5秒間以上保持した後に2〜70℃/秒の平均冷却速度で400℃以上の所定の温度まで冷却した後にめっき処理を施し、その後表面粗さRaで3.0μm以下の調質圧延ロールにて伸び率0.05〜1.00%の調質圧延を施すことを特徴とする熱間プレス用めっき鋼板の製造方法。
- 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溶鋼に中心偏析処理を施す連続鋳造法によりスラブとし、該スラブにAr3点以上の温度域で熱間圧延を施し、その後2℃/秒以上の平均冷却速度で700℃以下まで冷却してから巻取りを行って熱間圧延鋼板とし、該熱間圧延鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板とし、該冷間圧延鋼板を(Ac1点−50℃)以上Ac3点未満の温度域に5秒間以上保持したのちに2〜20℃/秒の平均冷却速度で400℃以上の所定の温度まで冷却した後にめっき処理を施し、その後表面粗さRaで3.0μm以下の調質圧延ロールにて伸び率0.05〜1.00%の調質圧延を施すことを特徴とする熱間プレス用めっき鋼板の製造方法。
- 前記めっき処理が亜鉛めっき処理であって、めっき処理後かつ調質圧延前の鋼板に470℃以上(Ac1+50℃)以下の表面温度で2〜30秒間保持する合金化処理を施すことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の熱間プレス用めっき鋼板の製造方法。
- 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載された熱間プレス用めっき鋼板を、Ac3点超に加熱し、金型を用いて熱間成形を行うことによって、熱間成形と同時に焼入れを行って成形品とすることを特徴とする熱間プレス成形部材の製造方法。
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