JP2008261032A

JP2008261032A - 熱間プレス加工用鋼板

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Publication number: JP2008261032A
Application number: JP2007105874A
Authority: JP
Inventors: Taro Kizu; 太郎木津; Yasunobu Nagataki; 康伸長滝; Yasushi Tanaka; 靖田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: JP5181517B2

Abstract

【課題】γ域への加熱時にスケール生成を抑制できる、あるいはスケールが生成しても熱間プレス加工時に容易にスケールを剥離できる熱間プレス加工用鋼板を提供する。
【解決手段】質量%で、C:0.05〜0.5%、Si:0.5〜3.0%、Mn:0.5〜5.0%、P:0.02〜0.5%、S:0.03%以下、Al:2.0%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有するとともに、鋼板表面の算術平均粗さRaが5μm以下である熱間プレス加工用鋼板。
【選択図】図1

Description

本発明は、主として自動車の強度が必要とされる構造部品に使用される鋼板、特に、γ域に加熱し熱間でプレス加工して構造部品を製造するのに適した熱間プレス加工用鋼板に関する。

近年、自動車の環境対策、安全対策に関する要求は大きく、使用される鋼板の高強度化による車体の軽量化や衝突安全性の向上が指向されている。一方で、鋼板は高強度化にともない加工性が低下することから、例えば非特許文献1にみられるような、焼き入れ性の高い鋼板をγ域まで加熱し、熱間でプレス加工を行うと同時に金型内で冷却して焼き入れを行い、硬質なマルテンサイト相を生成させて強度の高い部品を加工する技術が最近注目されている。また、特許文献1には、より低い温度域(具体的には200〜850℃の温度域)でのプレス加工であるが、Moなどを添加して熱間プレス加工後の転位消失を抑制した鋼板を用い、高強度プレス加工部品を製造する方法が開示されている。

しかし、特許文献1に記載の方法は、加工中に導入される転位および微細炭化物の析出により加工部品の高強度化を図る技術であり、加工時の適用温度は変態点以下であり、γ域まで加熱する非特許文献1に記載の技術に比べると高強度化の程度が小さい。また、非特許文献1に記載の技術および特許文献1に記載の方法いずれにおいても、鋼板をγ域まで加熱するとスケールが生成することから、部品として使用する場合には、ショットブラストなどの方法でスケールを除去する必要がある。

そこで、例えば、特許文献2には鋼板に亜鉛系合金メッキを行ったり、また、特許文献3には鋼板にアルミメッキを行って、加熱中のスケール生成を抑制する技術が開示されている。
広瀬ほか、「車体軽量化のための新しい加工技術」、自動車用材料シンポジウム、日本鉄鋼協会、平成18年3月22日、p.31-38 特開2000-234153号公報特開2003-73774号公報特開2005-139485号公報

しかしながら、特許文献2や3に記載の技術では、鋼板に亜鉛やアルミのメッキを行う必要があり、製造コストの増大を招くという問題がある。

本発明は、亜鉛やアルミのメッキを行わなくてもγ域への加熱時にスケールの生成を抑制できる、あるいはスケールが生成しても熱間プレス加工時に容易にスケールを剥離できる熱間プレス加工用鋼板を提供することを目的とする。

本発明者らは、CやMnを含む焼き入れ性の高い熱間プレス加工用鋼板についてγ域加熱時におけるスケールの生成や熱間プレス加工時におけるスケールの剥離性について鋭意検討を進めたところ、以下の知見を得た。

1)Siを添加すると、γ域加熱時にスケールの生成を大きく抑制できる。

2)P量を制御し、かつ鋼板表面の粗さを小さくすることにより、熱間プレス加工時にスケールの剥離性を高めることができる。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、質量%で、C:0.05〜0.5%、Si:0.5〜3.0%、Mn:0.5〜5.0%、P:0.02〜0.5%、S:0.03%以下、Al:2.0%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有するとともに、鋼板表面の算術平均粗さRaが5μm以下である熱間プレス加工用鋼板を提供する。

本発明の熱間プレス加工用鋼板では、スケールの生成を抑制するために、Al:0.5%以上とすることが好ましい。

また、焼き入れ性の向上のために、上記組成に加えて、さらに、質量%で、Cr:0.05〜2.0%、Ni:0.05〜2.0%、Mo:0.05〜2.0%、B:0.0005〜0.0030%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含有させることが好ましい。さらに、高強度化のために、上記組成に加えて、さらに、質量%で、Ti:0.005〜0.2%、Nb:0.005〜0.2%、V:0.005〜0.2%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含有させることもできる。

本発明により、亜鉛やアルミのメッキを行わず、γ域に加熱してもスケール生成を抑制でき、ショットブラストなどの方法でスケールを除去する必要がない、あるいはスケールを除去する必要がある場合でも、生成したスケールを熱間プレス加工時に容易に剥離することができる熱間プレス加工用鋼板を製造できるようになった。

以下に、本発明の詳細を説明する。なお、以下の「%」は、特に断らない限り「質量%」を表す。

C:0.05〜0.5%
Cは、焼き入れ性を高めるとともに、焼き入れ後のマルテンサイトの強度を高めることから、高強度化に有効な元素である。このような効果を得るため、C量は0.05%以上とする必要があり、0.15%以上とすることが好ましい。一方、C量が多くなると、焼き入れ後の靭性低下や溶接性の低下を招くので、C量は0.5%以下とする必要があり、0.3%以下とすることが好ましい。

Si:0.5〜3.0%
Siは、γ域のような高温加熱時にスケール/地鉄界面に濃化し、スケールの生成を大きく抑制することができる。このような効果を得るため、Si量は0.5%以上とする必要があり、1.0%以上とすることが好ましい。一方、フェライト生成元素であるSiを多量に添加した場合は、焼き入れ性が阻害され、高強度化に好ましくないだけでなく、熱間圧延時には割れが発生するので、Si量は3.0%以下とする必要があり、2.0%以下とすることが好ましい。

Mn:0.5〜5.0%
Mnは、焼き入れ性を高めることで、熱間プレス加工後の強度を高めることができる。また、γ域となる温度を下げることで、熱間プレス加工前の加熱温度を低下できる。このような効果を得るため、Mn量を0.5%以上とする必要があり、1.0%とすることが好ましい。一方、多量のMn添加は、効果を飽和させるだけでなく、溶接性の低下や圧延荷重の増大を招くことから、Mn量は5.0%以下とする必要があり、3.0%以下とすることが好ましい。

P:0.02〜0.5%
Pは、スケール/地鉄界面に濃化して、熱間プレス加工時にスケールの剥離性を向上させることから、P量は0.02%以上とする必要があり、0.05%以上とすることが好ましい。一方、多量のP添加は、靭性を大きく低下させることから、P量は0.5%以下とする必要があり、0.1%以下とすることが好ましい。

S: 0.03%以下
Sは、粗大な硫化物を形成することで、加工性を低下させることから、S量は0.03%以下とする必要があり、0.01%以下とすることが好ましい。

Al:2.0%以下
Alは、フェライト生成元素であり、焼き入れ性を阻害することから、Al量は2.0%以下とする必要があり、1.5%以下とすることが好ましい。一方、Alは、γ域加熱時にスケール/地鉄界面に濃化し、スケールの生成を抑制することができるので、Al量は0.5%以上とすることが好ましい。

N:0.01%以下
Nは、多量に含有されると熱間圧延中にスラブ割れを引き起こし、表面疵を発生させる恐れがあることから、N量は0.01%以下とする必要があり、0.005%以下とすることが好ましい。

残部はFeおよび不可避的不純物であるが、さらに高強度化を図る場合には、上記成分に加え、下記の成分を含有できる。

Cr:0.05〜2.0%、Ni:0.05〜2.0%、Mo:0.05〜2.0%、B:0.0005〜0.0030%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素
Cr、Ni、Mo、Bは焼き入れ性を高めることで、熱間プレス加工後の強度を高めることができる。このような効果を得るため、0.05%以上のCr、0.05%以上のNi、0.05%以上のMo、0.0005%以上のBのうちから選ばれた少なくとも1種の元素を添加させることが好ましい。一方、Cr、Ni、Mo、Bを多量に添加しても効果が飽和するだけでなく、圧延荷重の増大を招くことから、Cr、Ni、Moはそれぞれ2.0%以下、Bは0.0030%以下とすることが好ましい。

Ti:0.005〜0.2%、Nb:0.005〜0.2%、V:0.005〜0.2%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素
さらに、Ti、Nb、Vを添加し、炭窒化物を形成することで高強度化を図ることができる。このような効果を得るため、Ti、Nb、Vのうちから選ばれた少なくとも1種の元素を0.005%以上添加することが好ましい。一方、Ti、Nb、Vを多量に添加しても効果が飽和するだけでなく、製造コストが増大することから、Ti、Nb、Vはそれぞれ0.2%以下とすることが好ましい。

また、スケールの生成を抑制するとともに、熱間プレス加工時のスケールの剥離性を高めるために、鋼板表面の粗さを次のように調整する必要がある。

鋼板表面の算術平均粗さRa:5μm以下
鋼板表面の粗さを小さくすることで、スケール/地鉄界面の凹凸を小さくすることができ、スケールの生成を抑制するとともに、スケール剥離性を向上させることができる。このような効果を得るために、鋼板表面の算術平均粗さRaは5μm以下であることが好ましく、より好ましくは2μm以下、さらに好ましくは0.2μm以下である。なお、鋼板表面の算術平均粗さRaはJIS B 0601(1994)に準じて求めた粗さである。

発明の実施に当たっては、目的とする強度レベルに応じた化学成分の鋼を溶製する。溶製方法は、通常の転炉法、電炉法等、適宜適用することができる。溶製された鋼は、スラブに鋳造後、そのまま、あるいは冷却して加熱後、熱間圧延を施し、酸洗にてスケールを除去する。その後、必要に応じて、スキンパス圧延(調質圧延ともいう)などの圧下率が比較的小さい冷間圧延や通常の冷間圧延を施すことができる。その際、ブライドロールやダルロールを用いて鋼板表面の粗さを調整できる。なお、これら冷間圧延を行う際の圧下率は、特に限定するものではないが、通常行われている0.3〜80%程度の圧下率とすればよい。ここで、圧下率が0.3〜10%未満程度の冷間圧延は調質圧延設備にて、圧下率が10%以上の冷間圧延は通常の冷間圧延設備にて行うことが好ましい。

表1に示す化学組成の鋼No.1〜15からなるスラブを溶製した後、1250℃で1時間加熱し、仕上温度900℃で熱間圧延し、巻取温度600℃で巻取って熱延板とした。次いで酸洗を行った後、熱延板に、表1に示す条件で、すなわち、そのまま、あるいはブライトロール(B)やダルロール(D)を用い、調質圧延設備あるいは冷間圧延設備にて圧下率を変えて冷間圧延を行い、鋼板表面の算術平均粗さRaを調整した試料を作製した。

そして、鋼板表面を圧延直角方向に沿って、JIS B 0601(1994)に準じて5ヶ所測定した後、最大値と最小値を除いた3つ値を平均してRaを測定した。

また、試料から350×80mmの試験片を切り出し、いずれの試料においてもγ域となる900℃の大気中で5分間加熱しスケールを生成させた後、ポンチ幅99ｍｍ、ダイ幅103ｍｍ、ダイ深さ(縦壁部対応)95mmで片ハットプレスを行い、ダイを押込んだまま100℃まで冷却して熱間プレス加工をシミュレートし、変形の小さいハット底部でのスケール剥離を目視で観察し、次のように評価した。ここで、評点1、2であれば、スケール剥離性に優れると評価できる。
評点1:スケールの剥離が100%
評点2: スケールの剥離が99%以上
評点3:スケールの剥離が20%以上99%未満
評点4: スケールの剥離が20%未満
さらに、ハット底部から試験片を切り出し、光学顕微鏡を用いて断面観察し、スケール厚さを、また、ビッカース硬度計(荷重4.9N)を用いて鋼板の断面硬度Hvを測定した。なお、別途試験により、ビッカース硬度Hvが450以上であれば、自動車の構造部品として十分に適用可能なことを確認している。

結果を表1に示す。また、図1に、スケールの厚さに及ぼすSi量の影響を、図2に、プレス加工時のスケールの剥離性に及ぼすSi、P量の影響を示す。なお、図2は、Raが5μm以下の場合についてまとめたものである。

図1に示すように、Si量を本発明範囲である0.5%以上とすれば、スケール厚さは5μm以下と非常に小さく、スケールの生成が抑制されていることがわかる。また、図2に示すように、Si量を本発明範囲である0.5%以上としてスケール厚さを薄くし、かつP量を本発明範囲である0.02%以上とすれば、スケール剥離性の評点が2以下となり、スケール剥離性に優れていることがわかる。さらに、表1の鋼No.5のように、熱延ままでRaが5μmを超える場合は、スケール剥離性に劣る。なお、鋼No.9、11のようにC、Mn量が本発明範囲より低い場合やAl量が本発明範囲より高い場合には、硬度Hvが425以下と小さく、自動車の構造部品用としては不適切な鋼板である。

以上のように、化学組成を本発明範囲とすることで、γ域加熱時のスケールの生成を抑制でき、熱間プレス加工時のスケール剥離を促進できるとともに、自動車の構造部品として必要な硬度も確保できることになる。

スケールの厚さに及ぼすSi量の影響を示す図である。プレス加工時のスケールの剥離性に及ぼすSi、P量の影響を示す図である。

Claims

質量%で、C:0.05〜0.5%、Si:0.5〜3.0%、Mn:0.5〜5.0%、P:0.02〜0.5%、S:0.03%以下、Al:2.0%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有するとともに、鋼板表面の算術平均粗さRaが5μm以下である熱間プレス加工用鋼板。
Al:0.5%以上である請求項1に記載の熱間プレス加工用鋼板。
上記組成に加えて、さらに、質量%で、Cr:0.05〜2.0%、Ni:0.05〜2.0%、Mo:0.05〜2.0%、B:0.0005〜0.0030%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含有する請求項1または2に記載の熱間プレス加工用鋼板。
上記組成に加えて、さらに、質量%で、Ti:0.005〜0.2%、Nb:0.005〜0.2%、V:0.005〜0.2%のうちから選ばれた少なくとも1種の元素を含有する請求項1から3のいずれか1項に記載の熱間プレス加工用鋼板。