JP2007314817A - 熱間プレス用鋼板および熱間プレス鋼板部材ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.09〜0.60%、Si:2.0%以下、Mn:0.5〜3.5%、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜2.0%、N:0.01%以下、場合によりさらにTi:0.2%以下、Nb:0.2%以下、V:1.0%以下、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、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、REM:0.1%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、清浄度が0.08%以下、下記式(1)で規定されるPの偏析度αが1.6以下、下記式(2)で規定されるSの偏析度βが1.6以下の鋼板を、熱間プレスする。
α=[板厚中心部での最大P濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均P濃度(質量%)] ・・・ (1)
β=[板厚中心部での最大S濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均S濃度(質量%)] ・・・ (2)。
【選択図】なし
Description
(1) 質量%で、C:0.09〜0.60%、Si:2.0%以下、Mn:0.5〜3.5%、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜2.0%、およびN:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、清浄度が0.08%以下、下記式(1)で規定されるPの偏析度αが1.6以下、下記式(2)で規定されるSの偏析度βが1.6以下であり、かつ熱間プレス後の引張強さが1080MPa以上であることを特徴とする熱間プレス用鋼板:
α=[板厚中心部での最大P濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均P濃度(質量%)] ・・・ (1)
β=[板厚中心部での最大S濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均S濃度(質量%)] ・・・ (2)。
(7) 上記化学組成を有する溶鋼を、溶鋼の加熱温度を液相線温度から5℃以上高い温度かつ単位時間当たりの溶鋼鋳込み量を6ton/分以下とし、さらに鋳片が完全凝固する前に中心偏析低減処理を施す連続鋳造法によりスラブとなし、前記スラブを圧延することを特徴とする熱間プレス用鋼板の製造方法。
(10) 上記化学組成を有し、清浄度が0.08%以下、上記式(1)で規定されるPの偏析度αが1.6以下、上記式(2)で規定されるSの偏析度βが1.6以下であり、かつ引張強さが1080MPa以上であることを特徴とする熱間プレス鋼板部材。
(12) 上記熱間プレス用鋼板を、Ac3点超、1100℃以下に加熱したのちに、Ar3点以上の温度でプレスを開始し、10℃/秒以上の冷却速度で350℃以下の温度域まで冷却する熱間プレスを施すことを特徴とする、熱間プレス鋼板部材の製造方法。
本発明の熱間プレス用鋼板の鋼組成を上記のように特定した理由は次の通りである。なお、以下の説明において、鋼の化学組成(各元素の含有量)に関する%はすべて質量%である。
熱間プレスは、材料を加熱することで軟質化させ、成形を容易に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で鋼を焼入れし、成形と同時に成形品を高強度化できるという別の特色があり、成形時に焼入れを行うのが普通である。
Si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のに有効な元素である。しかし、Si含有量が2.0%超になると、熱間圧延時ならびに熱間プレス時の加熱中にSiスケールが多く発生し、スケール疵を生じ易くなる。そのため、Si含有量の上限を2.0%とする。Si含有量の下限は特に規定しないが、焼入れ性向上効果を確実に発揮させるには0.02%以上含有させることが望ましい。コストと焼入れ性向上のバランスの観点から、Si含有量を0.1〜1.0%とすることが更に望ましい。
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のに有効な元素である。Mn含有量が0.5%未満では、そ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、無駄なコストが嵩む上、焼入れ部の靭性劣化を招く。したがって、Mn含有量を0.5〜3.5%とする。コストと焼入れ性向上のバランスの観点から、Mn含有量を0.8〜2.5%とすることが望ましい。
Pは、不純物の1種として含有されるが、Pの含有量が0.10%超では、鋼板板厚中心部以外にも過度のPの偏析が発生するため、靭性が著しく劣化する。したがって、P含有量を0.10%以下とする。
Sは、鋼板の板厚中心部に偏析し、靭性を低下させる硫化物を生成させるため、可能な限り低減する必要のある不純物である。Sの含有量が0.05%超では、鋼板板厚中心部以外にも過度のSの偏析が発生するため、靭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。
Alは、鋼の脱酸剤として用いられる。その効果を得るには0.005%以上のAlの含有が必要である。一方、Alを2.0%を超えて含有させても、脱酸性が飽和し、製造コストが上昇する。したがって、Al含有量を0.005〜2.0%とする。脱酸性とコストのバランスの観点よりAl含有量を0.01〜0.08%とすることが好ましい。
Nは、不純物として含有され、AlやTiやNb等と結合して窒化物を形成する。窒化物は靭性を劣化させる傾向を有するので、N含有量はできるだけ低減するのが望ましい。本発明においては、N含有量が0.01%以下の含有量であれば実害はない。したがって、N含有量を0.01%以下とする。N含有量は少なければ少ないほど好ましいので下限は特に規定しない。しかし、N含有量を0.0005%より少なくするのは製造コストの著しい上昇を招くので、この観点からN含有量の下限を0.0005%とすることが望ましい。コストと靭性改善のバランスの観点より、N含有量を0.0005〜0.0050%とすることが更に望ましい。
これらの元素は、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のに有効な元素であるので、必要に応じて1種または2種以上を含有させることができる。しかし、過剰に含有させても上記効果は飽和して、無駄なコストが嵩むので、Ti、Nb、Vの含有量は、それぞれ0.2%以下、0.2%以下、1.0%以下とする。上記効果を確実に得るための望ましいTi、Nb、Vの含有量は、それぞれ0.01%以上、0.005%以上、0.005%以上である。
これらの元素も、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のに有効な元素であるので、必要に応じて1種または2種以上を含有させることができる。しかし、過剰に含有させても上記効果は飽和し、無駄コストが嵩むので、Cr、Mo、Cu、Ni、Bの含有量は、それぞれ1.0%以下、1.0%以下、1.0%以下、1.0%以下、0.01%以下とする。上記効果を確実に得るための望ましいCr、Mo、Cu、Ni、Bの含有量は、それぞれ0.02%以上、0.02%以上、0.02%以上、0.02%以上、0.0002%以上である。
これらの元素は、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、必要に応じて1種または2種以上を含有させることができる。しかし、過剰に含有させても上記効果は飽和し、無駄なコストが嵩むので、Ca、Mg、REMの含有量は、それぞれ0.01%以下、0.01%以下、0.1%以下とする。上記効果を確実に得るための望ましいCa、Mg、REMの含有量は、それぞれ0.0005%以上、0.0005%以上、0.0005%以上である。
熱間プレス後の強度(TS)が1080MPa以上となる高強度の熱間プレス鋼板部材の靭性を改善するには、熱間プレスに供する熱間プレス用鋼板の清浄度を0.08%以下、下記式(1)で規定されるPの偏析度αを1.6以下、下記式(2)で規定されるSの偏析度βを1.6以下とすることが必要である。
β=[板厚中心部での最大S濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均S濃度(質量%)] ・・・ (2)
清浄度は、鋼板中に含まれるA系、B系、C系介在物量(JIS G0555)の算術計算での総和で定義される。A系、B系、C系の介在物は破壊の起点となり、介在物が増加すると亀裂伝播が容易に起こるため靭性が劣化する。TSが1080MPa以上となる熱間プレス鋼板部材の靭性を改善するには、清浄度を0.08%以下とする必要がある。清浄度が0.08%超の場合、介在物の量が多いため、実用上十分な靭性を確保することが困難となる。靱性をより一層改善するには清浄度を0.04%以下とすることが好ましい。
靭性を更に向上させるには、熱間プレス用鋼板の金属組織を、面積%で、ポリゴナルフェライトが30%以上、マルテンサイトが30%以下である組織とし、かつ前記ポリゴナルフェライトの平均結晶粒径を25μm以下とし、前記ポリゴナルフェライトに占める粒径0.2μm以上のセメンタイトを粒内に5個以上含有するポリゴナルフェライトの個数割合を0.6以上とすることが好ましい。
(1)連続鋳造
鋼板の清浄度を0.08%以下にするには、溶鋼を連続鋳造する際に、溶鋼の加熱温度をその鋼の液相線温度から5℃以上高い温度とし、かつ、単位時間当たりの溶鋼鋳込み量を6ton/分以下に抑えることが有効である。このように、比較的高温の溶鋼をある上限以下の鋳込み量で連続鋳造することにより、鋼板の清浄度、言い換えればスラブ段階での介在物を効果的に減少させることができる。
上記介在物ならびにPおよびSの中心偏析を低減したスラブを圧延することで本発明の熱間プレス用鋼板を容易に得ることができる。スラブの圧延は、熱間圧延により行うことが好ましい。熱間圧延の圧延完了温度は700℃以上とすることが好ましい。圧延完了温度が700℃未満の場合、温度が低すぎるため、圧延中に鋼板の破断や鋼板の表面割れを起こすことがある。
本発明の熱間プレス用鋼板および熱間プレス鋼板部材は、熱間プレスの加熱工程における表面酸化抑制や熱間プレス後の熱間プレス鋼板部材の耐食性向上を目的として、鋼板表面にめっき層を備えてもよい。
鋼板の加熱温度はAc3点超とする必要がある。加熱温度がAc3点℃以下では、熱間プレス前にオーステナイト単相状態とはならず、鋼板中にフェライトまたは、パーライト、ベイナイトが残存してしまう。その結果、熱間プレス後にマルテンサイト単相組織とはならず、所望の硬度が得られない場合がある。また、熱間プレス鋼板部材の硬度ばらつきも大きくなってしまう。加熱温度の上限は1100℃とする。加熱温度が1100℃超であるとオーステナイトが、粗大化し、部材の靭性が劣化する場合がある。
鋼板の清浄度は、JIS G0555に準拠して調査した。各鋼板について5個所から供試材を切り出した。各供試材の板厚1/8t、1/4t、1/2t、3/4t、7/8tの各位置について、点算法にて清浄度を調査した。各板厚における清浄度の値が最も大きい(清浄度が最も低い)数値を、その供試材の清浄度とした。清浄度は、A系、B系、C系介在物の総和とした。
鋼板の偏析調査は、EPMAによるPとSの成分面分析により行った。各鋼板について5個所から供試材を切り出した。板厚1/4t、1/2tの各位置において調査し、各位置において500倍の倍率にて10視野ずつ調査した。
α=[板厚中心部での最大P濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均P濃度(質量%)] ・・・ (1)
β=[板厚中心部での最大S濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均S濃度(質量%)] ・・・ (2)
<鋼組織>
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、鋼組織を観察した。測定は、板厚1/8t、1/4t、1/2t、3/4t、7/8tの各位置について倍率2000倍で実施し、各供試材について20視野ずつ測定した。得られた画像をもとに各組織の面積率、ポリゴナルフェライトの平均結晶粒径、ポリゴナルフェライト粒内における粒径0.2μm以上のセメンタイトの個数を画像処理にて調査し、ポリゴナルフェライトの面積率、マルテンサイトの面積率、パーライトの面積率、ベイナイトの面積率、オーステナイトの面積率、ポリゴナルフェライトの平均結晶粒径、ポリゴナルフェライトの全個数(α)に占める粒内に粒径0.2μm以上のセメンタイトを5個以上含有しているポリゴナルフェライトの個数(αC)の割合(αC/α)を算術計算にて求めた。ポリゴナルフェライトの平均結晶粒径は、JIS G0552に準拠して測定した。
鋼板から25mmφの試料片を採取し、0.5Vol%インヒビター(商品名:朝日化学製「イビット710N」)を含有した10%HCl水溶液でめっき層を溶解し、得られた溶液をICP法で分析することによりめっき層の組成分析を行った。得られた各成分の濃度からめっきの目付量および合金化度を算出した。
得られた鋼板の引張り特性を引張り試験により評価した。各鋼板の圧延直角方向からJIS 5号引張試験を採取した。試験方法はJIS Z2241に準じた。降伏点YP、引張強さTS、伸びElを測定した。
<熱間プレス鋼板部材の硬度のばらつき>
硬度はビッカース硬度計で測定した。測定荷重は98kNであった。熱間プレスにより得られた部材から、図2に示すようにマイクロカッターで切断して試料を採取した。切断個所は図中の(1)、(2)、(3)の3箇所とし、各位置から硬度測定用試料を5個採取した。各試料の板厚断面1/4t位置においてn=3の断面硬度を測定した。測定方法はJIS Z2244に準拠した。各部材についてこうして得られた45のビッカース硬度値(Hv)の最大値ならびに最小値から、ビッカース硬度の差(ΔHv)を求めた。
得られた熱間プレス鋼板部材の靭性を、部材から切り出したシャルピー試験片に対してシャルピー衝撃試験を実施することにより調査した。試験片の切り出し位置は図2に示す通りである。得られた試験片5枚を重ね合わせてビス止めをし、合計板厚10mmの試験片とした。試験片形状は、JIS Z2202に記載されているVノッチシャルピー試験片とした。試験方法は、JIS Z2242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鋼板部材からJIS 13B号引張試験を採取した。試験片の切り出し位置は図2に示す通りである。切断個所は図中の(4)である。試験方法はJIS Z2241に準じた。引張強さTSを測定した。
Claims (12)
- 質量%で、C:0.09〜0.60%、Si:2.0%以下、Mn:0.5〜3.5%、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜2.0%、およびN:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、清浄度が0.08%以下、下記式(1)で規定されるPの偏析度αが1.6以下、下記式(2)で規定されるSの偏析度βが1.6以下であり、かつ熱間プレス後の強度が1080MPa以上であることを特徴とする熱間プレス用鋼板。
α=[板厚中心部での最大P濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均P濃度(質量%)] ・・・ (1)
β=[板厚中心部での最大S濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均S濃度(質量%)] ・・・ (2) - 前記化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、Ti:0.2%以下、Nb:0.2%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に記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記化学組成が、Feの一部に代えて、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種以上を含有する請求項1または2に記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記化学組成が、Feの一部に代えて、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種以上を含有する請求項1〜3のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板。
- 面積%で、ポリゴナルフェライトが30%以上、マルテンサイトが30%以下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25μm以下、前記ポリゴナルフェライトに占める、粒径0.2μm以上のセメンタイトを粒内に5個以上含有するポリゴナルフェライトの個数割合が0.6以上である請求項1〜4のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板。
- 表面にめっき層を備える請求項1〜5のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の化学組成を有する溶鋼を、溶鋼の加熱温度を液相線温度から5℃以上高い温度かつ単位時間当たりの溶鋼鋳込み量を6ton/分以下とし、さらに鋳片が完全凝固する前に中心偏析低減処理を施す連続鋳造法によりスラブとなし、前記スラブを圧延することを特徴とする熱間プレス用鋼板の製造方法。
- 請求項7に記載のスラブに熱間圧延を施し、熱間圧延完了後に100℃/秒以下の平均冷却速度で冷却し、500℃以上の温度で巻き取って熱間圧延鋼板となし、前記熱間圧延鋼板をスケール除去処理後、20%以上の圧下率で冷間圧延を施して冷間圧延鋼板となし、前記冷間圧延鋼板に(Ac1点−100℃)以上、Ac3点未満の温度範囲で5秒間以上、500秒間以下保持する焼鈍を施し、次いで1℃/秒以上の平均冷却速度で350〜700℃の温度域まで冷却することを特徴とする、熱間プレス用鋼板の製造方法。
- 請求項7または8の製造方法にて得られた熱間プレス用鋼板の表面にめっき処理を施すことを特徴とする熱間プレス用鋼板の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の化学組成を有し、清浄度が0.08%以下、下記式(1)で規定されるPの偏析度αが1.6以下、下記式(2)で規定されるSの偏析度βが1.6以下であり、かつ引張強さが1080MPa以上であることを特徴とする熱間プレス鋼板部材。
α=[板厚中心部での最大P濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均P濃度(質量%)] ・・・ (1)
β=[板厚中心部での最大S濃度(質量%)]/[表面から板厚の1/4深さ位置での平均S濃度(質量%)] ・・・ (2) - 表面にめっき層を備えることを特徴とする請求項10に記載の熱間プレス鋼板部材。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板を、Ac3点超、1100℃以下に加熱したのちに、Ar3点以上の温度でプレスを開始し、10℃/秒以上の冷却速度で350℃以下の温度域まで冷却する熱間プレスを施すことを特徴とする、熱間プレス鋼板部材の製造方法。
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