JP2011202204A - 超高強度部材の製造方法および使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板を700〜1000℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して引張強さが1180MPa以上の超高強度部材を製造するにあたり、せん断打ち抜き加工の後に、温度範囲が100℃以上300℃未満でかつ保持時間が1秒〜60分の熱処理を施す。
【選択図】図1
Description
このような問題を解決するため、主に下記二通りの方法が検討されている。
(a)熱間プレスの加熱中に鋼板に侵入する水素を低減する方法
(b)熱間プレス後の打抜き加工による残留応力を低減する方法
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
[製造方法]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。図1中、符号1は素材となる鋼板を示し、符号2は、鋼板1を巻き取って得られたコイルを示す。この鋼板については後述する。
上記工程A〜Cの中で、第1の熱処理工程Cは本実施形態にとって特徴的な工程であり、以下に詳細に説明する。
まず、第1の熱処理工程Cに至った経緯および作用について説明する。
質量%で、C:0.10〜0.40%、Si:0.01〜3.0%、Mn:0.5〜3.0%を含有する種々の鋼板を製造し、(i)熱間プレス工法により所定の形状に成形した部材、(ii)その後外周の打抜きトリムまたは打抜き穴あけ加工を施した部材、および(iii)打抜き加工後に100℃以上300℃未満で熱処理を施した部材の遅れ破壊特性を調査した。
次に、第1の熱処理工程Cの条件について説明する。
・熱処理温度:
第1の熱処理工程Cにおける熱処理温度は100℃以上300℃未満とする。熱処理温度が100℃未満では水素侵入抑制に要する時間が60分を超えて長時間となり、部材生産性が劣化する。このため、熱処理温度を100℃以上とする。好ましくは150℃以上、より好ましくは200℃以上である。熱処理温度が高くなるにつれて、より短時間で水素侵入を抑制可能となるからである。特に、200℃以上では、熱処理時間を10分程度以下とすることが可能となり、短時間の熱処理で十分な効果が得られる。一方、熱間プレス工法によって製造される高強度部材は、マルテンサイトを主体とした組織であるため、熱処理温度が300℃以上になるとマルテンサイトの焼戻し軟化が著しくなる。このため、熱処理温度は300℃未満とする、より好ましくは250℃以下である。
第1の熱処理工程Cにおける熱処理時間は、1秒〜60分とする。熱処理時間が1秒未満では十分な水素侵入抑制の効果が得られない場合がある。水素侵入抑制の効果を十分得る観点からは30秒以上が好ましい。この熱処理時間は、熱処理温度を高くするほど短くできる。一方、熱処理時間が60分を超えると生産性を阻害する。このため、熱処理時間は60分以下とする。より好ましくは30分以下である。
本実施形態が前提とする素材としての鋼板1については、熱間プレス後に引張強さTSが1180MPa以上であればよい。以下に鋼板1の組成例や製造方法例について記載するが、素材となる鋼の組成や製造方法は、以下のものに限定されるものではない。
熱間プレス後に引張強さTS:1180MPa以上を確保するためには、Cは0.1質量%以上が好ましい。また、Cが0.5質量%を超えると靱性が低下する。このため、C量は0.1質量%以上0.5質量%以下が好ましい。
Si:3.0質量%以下、Mn:0.5〜3.0質量%、P:0.1質量%以下、S:0.01質量%以下、Al:0.01〜0.1質量%、N:0.02質量%以下、Ti:0.1質量%以下、Nb:0.1質量%以下、V:0.5質量%以下、Mo:0.5質量%以下、Cr:1質量%以下、B:0.005質量%以下、Cu:0.5質量%以下、Ni:0.5質量%以下である。残部はFeおよび不可避不純物である。不可避不純物としては、例えば、Sb、Sn、Zn、Co等が挙げられる。これらの不可避的不純物の含有量の許容範囲としては、Sb:0.01質量%以下、Sn:0.1質量%以下、Zn:0.01質量%以下、Co:0.1質量%以下の範囲である。また、Mg、Ca、Zr、REMについても通常の鋼組成の範囲内(不純物相当)で含有しても、本発明の熱処理による耐遅れ破壊特性改善効果は失われない。
次に、素材となる鋼板1の製造方法の例について説明する。なお、鋼板1の製造方法は、これに限定されるものではない。
鋼板1は、例えば上記成分組成範囲に調整された溶鋼を連続鋳造または造塊でスラブとし、そのスラブに、熱間圧延工程、冷間圧延工程、連続焼鈍工程を順次施すことにより好適に製造することができる。使用する鋼スラブは、成分のマクロ偏析を防止する観点から連続鋳造法で製造することが好ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法によっても可能である。
熱間圧延工程では、スラブ鋳造後、一旦室温まで冷却し、その後再度加熱する従来法でおこなってもよいし、冷却することなく、温片のままで加熱炉に装入する、あるいは保熱をおこなった後に直ちに圧延する、あるいは鋳造後そのまま圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用することができる。
冷間圧延工程では、熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする。冷間圧延条件は、所望の寸法形状の冷延板とすることができればよく、特に限定されないが、表面の平坦度や組織の均一性の観点から、圧下率20%以上とすることが好ましい。なお、冷間圧延前には、常法に従って酸洗を施せばよいが、熱延板表面のスケールが極めて薄い場合には直接冷間圧延を施してもよい。
(1)上記実施形態では、鋼板1から目的の形状に成形し塗装を施してなる超高強度部材TWを製造する際に、温度範囲が100℃以上300℃未満でかつ保持時間が1秒〜60分の熱処理を施す例を示したが、これに限らず、このような熱処理を行って、もしくは熱処理を行うことなく製造した超高強度部材TWに対して、当該超高強度部材TWの使用前に、上述の、つまり温度範囲が100℃以上300℃未満でかつ保持時間が1秒〜60分の熱処理を施してもよい。この場合であっても、耐遅れ破壊特性に優れる超高強度部材TWに改質して使用することが可能となる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
[製造方法]
図4は、本発明の第2の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。なお、図4において、第1の実施形態における図1と同じものおよび同じ工程等については同じ符号を付している。
以下、本実施形態にとって特徴的な工程である第2の熱処理工程Dについて詳細に説明する。
本実施形態では、第1の熱処理工程Cを行い、冷却した後、第2の熱処理として150℃以上300℃未満の再加熱を行うことにより、高強度と耐遅れ破壊特性を兼ね備えた超高強度部材TWを得るが、このような第2の熱処理の工程を追加することで、第1の熱処理工程Cのみの場合と比較して、より短時間で所望の耐遅れ破壊特性を得ることができる。この理由については必ずしも明らかではないが、本発明者らは、1回目の熱処理で加工によって導入された転位に固着した固溶Cや固溶Nが、短時間の再加熱により、より強固に転位を固着し、水素の侵入を抑制するためであると考えている。
なお、その他の作用については上記第1の実施形態と同様である。
次に、第2の熱処理工程Dの条件について説明する。
・熱処理温度:
第2の熱処理工程Dにおける熱処理温度は150℃以上300℃未満とする。1回目の熱処理で加工により導入された転位に固着した固溶Cや固溶Nを、短時間の再加熱により、より強固に転位を固着し、水素の侵入を抑制する効果を得るためには、1回目の熱処理の条件にもよるが、150℃以上であることが好ましい。150℃未満では、10分を超える長い熱処理時間が必要となり、生産性を阻害する。好ましくは200℃以上である。一方、300℃以上になると鋼板1の種類によっては強度が低下する場合があるため、300℃未満とする。好ましくは250℃以下である。
熱間プレス工程を模擬した熱処理を施した鋼板からJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を行った。引張試験により得られた引張強さ(TS[MPa])を表2に示す。また、打抜き加工後の熱処理を模擬して表2に示す熱処理を施し、引張試験を行い、引張強さ(TS′[MPa])を測定した。熱処理による強度変化ΔTS=TS−TS′が50MPa以下の場合を良好として表2に○で示し、50MPaを超える場合を不良として表2に×で示した。
せん断打ち抜き加工後の遅れ破壊特性は、熱間プレス工程を模擬した熱処理を施した鋼板の中央に、クリアランス12.5%で直径10mmの打抜き穴空け加工を施し、そのまま、または50〜300℃で熱処理を施し、25℃、0.01%のチオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬して水素チャージを行い、破壊時間を調査した。ここで,水素チャージをチオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬することによって行った理由は、CAMP-ISIJ,Vol.21,p.1454に記載されているように、塩酸浸漬では、浸漬中の鋼板溶解が著しく、試験中に端面が溶解され、水素割れと鋼板溶解による亀裂の区別が困難であるのに対し、チオシアン酸アンモニウム溶液では鋼板溶解量が極めて小さく、0.1規定塩酸と同等の水素をチャージ可能であり、より正確にせん断端面部の水素割れを調査可能であるためである。評価結果は、0.01%のチオシアン酸アンモニウム溶液に48時間浸漬により破壊しない場合を、遅れ破壊特性良好(遅れ破壊なし)として表2に○で示し、破壊した場合を遅れ破壊特性不良(遅れ破壊あり)として表2に×で示した。
2;コイル
WK;ワーク
TW;超高強度部材
Claims (4)
- 鋼板を700〜1000℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施す、引張強さが1180MPa以上の超高強度部材の製造方法であって、
前記せん断打ち抜き加工の後に、温度範囲が100℃以上300℃未満でかつ保持時間が1秒〜60分の熱処理を施すことを特徴とする引張強さが1180MPa以上の超高強度部材の製造方法。 - 前記熱処理は、温度範囲が200℃以上300℃未満であり、保持時間が1秒〜10分であることを特徴とする請求項1に記載の引張強さが1180MPa以上の超高強度部材の製造方法。
- 前記熱処理後に、さらに温度範囲が150℃以上300℃未満でかつ保持時間が1秒〜10分の第2の熱処理を施すことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の引張強さが1180MPa以上の超高強度部材の製造方法。
- 鋼板を700〜1000℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して得られる引張強さが1180MPa以上の超高強度部材の使用方法であって、
前記高強度部材の使用前に、100℃以上300℃未満の温度範囲で、1秒〜60分加熱することを特徴とする引張強さが1180MPa以上の超高強度部材の使用方法。
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