JP2012148305A - 高強度鋼部材の成形方法 - Google Patents
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Abstract
Description
質量%で(以下、化学成分について同じ。)、
C:0.05〜0.3%、
Si:0.5〜3.0%、
Mn:0.2〜3.0%、
P:0.1%以下(0%を含む)、
S:0.01%以下(0%を含む)、
Al:0.001〜0.1%、
N:0.01%以下(0%を含む)、
残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成を有するとともに、
面積率で、
ベイニティックフェライト:50〜90%、
残留オーステナイト:5%以上、
マルテンサイト:40%以下(0%を含む)、
ポリゴナルフェライト:40%以下(0%を含む)からなる組織を有する鋼板を、
450〜600℃の温度T℃に加熱し、その温度T℃において下記式(1)で定義されるPt秒以下の保持時間でプレス成形することを特徴とする高強度鋼部材の成形方法である。
前記鋼板の成分組成が、更に、
Cr:0.01〜3.0%、
Mo:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
Ni:0.01〜2.0%
の1種または2種以上
を含むものである請求項1に記載の高強度鋼部材の成形方法である。
前記鋼板の成分組成が、更に、
B:0.00001〜0.001%、および/または
Ti:0.01以下(0%を含まない)
を含むものである請求項1または2に記載の高強度鋼部材の成形方法である。
前記鋼板の成分組成が、更に、
Ca:0.0005〜0.01%、
Mg:0.0005〜0.01%、
REM:0.0001〜0.01%
の1種または2種以上
を含むものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度鋼部材の成形方法である。
C:0.05〜0.3%
Cは、残留γの面積率やその残留γ中の炭素量を高める効果を有し、強度と伸びのバランスを向上させるのに有用な元素である。またCは、鋼板製造時のオーステンパ処理直前の熱処理段階でのマルテンサイトの面積率を高める効果も有し、これにより、加熱下でのプレス成形時にマルテンサイトから残留γにCが流入することで、残留γ中の炭素量がさらに高められ、伸びが改善する。0.05%未満では上記効果が十分に発揮されない。一方、0.3%超では溶接性が劣化する。C含有量の範囲は、好ましくは0.08〜0.25%、さらに好ましくは0.1〜0.2%である。
Siは、鋼板製造時のオーステンパ処理中および加熱下でのプレス成形中にセメンタイトが形成されることを抑制することで、残留γを残存させ、強度と伸びのバランスを改善するのに寄与する。0.5%未満では上記効果が十分に発揮されない。一方、3.0%超とすると、Siは強力なフェライト形成元素であるため、鋼板製造時にフェライトが過剰に生成し、もともとの鋼板強度が確保できなくなる。Si含有量の範囲は、好ましくは0.7〜2.5%、さらに好ましくは1.0〜2.0%である。
Mnは、焼入れ性を高めて、フェライトやパーライトといった拡散変態を抑制し、強度や残留γの面積率の確保に寄与することで、強度と伸びのバランスを改善する有用な元素である。1.0%未満では上記効果が十分に発揮されない。一方、3.0%超とすると逆変態温度が低くなりすぎ、再結晶ができなくなるため、強度と伸びのバランスが確保できなくなる。Mn含有量の範囲は、好ましくは_0.5〜3.0%、さらに好ましくは1.0〜2.5%である。
Pは不純物元素として不可避的に存在し、固溶強化により強度の上昇に寄与するが、旧オーステナイト粒界に偏析し、粒界を脆化させることで伸びフランジ性を劣化させるので、0.1%以下とする。好ましくは0.05%以下、さらに好ましくは0.03%以下である。
Sも不純物元素として不可避的に存在し、MnS介在物を形成し、穴拡げ時に亀裂の起点となることで伸びフランジ性を低下させるので、0.01%以下とする。より好ましくは0.005%以下である。
AlはSiと同様、鋼板製造時のオーステンパ処理中および加熱下でのプレス成形中にセメンタイトが形成されることを抑制することで、残留γを残存させ、強度と伸びのバランスを改善するのに寄与する。0.001%未満では上記効果が十分に発揮されない。一方、0.1%超とすると、Alは強力なフェライト形成元素であるため、鋼板製造時にフェライトが過剰に生成し、もともとの鋼板強度が確保できなくなる。Al含有量の範囲は、好ましくは0.01〜0.1%、さらに好ましくは0.02〜0.08%である。
Nも不純物元素として不可避的に存在し、歪時効により伸びと伸びフランジ性を低下させるので、低い方が好ましく、0.01%以下とする。
Mo:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
Ni:0.01〜2.0%
の1種または2種以上
これらの元素は、上記Mnと同様、焼入れ性を高めて、フェライトやパーライトといった拡散変態を抑制し、強度の確保、残留γの確保に寄与することで強度と伸びのバランスを改善するのに有用な元素である。各元素とも0.01%未満の添加では上記のような作用を有効に発揮しえず、一方、各元素とも上記各上限値を超える添加ではコストが高くなりすぎる。
Ti:0.01以下(0%を含まない)
B、Tiは、オーステンパ処理直前の熱処理中において、フェライトの形成を抑制し、強度と伸びのバランスを改善するのに有用な元素である。Bは0.00001%未満の添加では上記のような作用を有効に発揮しえず、一方、B、Tiは上記各上限値を超える添加では加工性が劣化する。
Mg:0.0005〜0.01%、
REM:0.0001〜0.01%
の1種または2種以上
これらの元素は、介在物を微細化し、破壊の起点を減少させることで、伸びフランジ性を向上させるのに有用な元素である。各元素とも上記各下限値未満の添加では上記のような作用を有効に発揮しえず、一方、各元素とも0.01%を超える添加では逆に介在物が粗大化し、伸びフランジ性が低下する。なお、REMは希土類元素であり、本発明法に用いられるTBF鋼板に使用される希土類元素としては、Sc、Y、ランタノイド等が挙げられる。
<ベイニティックフェライト:50〜90%>
ベイニティックフェライトは、引張強度TSと全伸びELとをバランス良く向上させるのに適した母相組織であり、このような母相組織による効果が有効に発揮されるためには、全組織に対して面積率で50〜90%(好ましくは60〜90%、より好ましくは60〜80%)とすることが必要である。50%未満では引張強度TSが確保できず、90%を超えると伸びELが確保できない。
残留γは、加工誘起変態により全伸びELを向上させるのに有用であり、このような作用を有効に発揮させるためには、全組織に対して面積率で5%以上(好ましくは8%以上、より好ましくは10%以上)存在させることが必要である。
マルテンサイトは、鋼板製造時にオーステンパ処理後の冷却過程で不可避的に生成する。マルテンサイト自体は強度が非常に高いため、鋼板の強度を向上させる効果が大きいが、同時に全伸びELの低下を招くため、全組織に対して面積率で40%以下(好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下)に制限する。
ポリゴナルフェライトは、全伸びELの向上に寄与するが、過剰に存在させると引張強度TSが確保できなくなるため、全組織に対して面積率で40%以下(好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下)に制限する。
本発明法に使用するTBF鋼板は、上記組織のみ(ベイニティックフェライト残留γ、マルテンサイト、ポリゴナルフェライトの混合組織)からなっていてもよいが、本発明法の作用を損なわない範囲で、他の異種組織として、ベイナイトを有していてもよい。この組織は本発明法に用いる鋼板の製造過程で必然的に残存し得るものであるが、少なければ少ない程よく、全組織に対して面積率で5%以下、より好ましくは3%以下に制御することが推奨される。
ここで、各相の面積率の測定方法について説明する。
本発明法に使用するTBF鋼板は、その製造条件まで限定されるものではないが、上記成分組成を有する鋼材を、熱延し、冷延した後、下記要領で熱処理することにより製造することが推奨される。すなわち、Ac1点〜950℃の加熱温度で10〜600秒間保持した後、10℃/s以上の平均冷却速度で200〜600℃の温度領域(オーステンパ温度)まで冷却し、この温度領域で10〜1000秒間(オーステンパ時間)保持し、その後2℃/s以上の平均冷却速度で100℃以下まで冷却することが推奨される。
そして、上記のようにして得られたTBF鋼板を、450〜600℃の温度T℃に加熱し、その温度T℃において下記再掲式1で定義されるPt秒以下の保持時間でプレス成形して高強度鋼部材を成形する。
これを熱間圧延で厚さ25mmにした後、再度、熱間圧延で厚さ3.2mmとした。これを酸洗した後、厚さ1.6mmに冷間圧延して供試材とし、表2に示す条件にて熱処理を施した。
式3:Ac3(℃)=910−203√[C]+44.7[Si]−30[Mn]+700[P]+400[Al]+400[Ti]+104[V]−11[Cr]+31.5[Mo]−20[Cu]−15.2[Ni]
ただし、[ ]は、各元素の含有量(質量%)を示す。
TSが980MPa以上
(2) 加熱時の鋼板の特性
TSが元の鋼板の室温でのTSの0.7倍以下、かつ、
ELが元の鋼板の室温でのELの1.5倍以上
(3) 冷却後の鋼板の特性
TSが980MPa以上、かつ、
TSが元の鋼板のTSの0.9倍以上、かつ、
TS×ELが12000MPa・%以上
Claims (4)
- 質量%で(以下、化学成分について同じ。)、
C:0.05〜0.3%、
Si:0.5〜3.0%、
Mn:0.2〜3.0%、
P:0.1%以下(0%を含む)、
S:0.01%以下(0%を含む)、
N:0.01%以下(0%を含む)、
残部が鉄および不可避的不純物からなる成分組成を有するとともに、
面積率で、
ベイニティックフェライト:50〜90%、
残留オーステナイト:5%以上、
マルテンサイト:40%以下(0%を含む)、
ポリゴナルフェライト:40%以下(0%を含む)からなる組織を有する鋼板を、
450〜600℃の温度T℃に加熱し、その温度T℃において下記式で定義されるPt秒以下の保持時間でプレス成形することを特徴とする高強度鋼部材の成形方法。
- 前記鋼板の成分組成が、更に、
Cr:0.01〜3.0%、
Mo:0.01〜1.0%、
Cu:0.01〜2.0%、
Ni:0.01〜2.0%
の1種または2種以上
を含むものである請求項1に記載の高強度鋼部材の成形方法。 - 前記鋼板の成分組成が、更に、
B:0.00001〜0.001%、および/または
Ti:0.01以下(0%を含まない)
を含むものである請求項1または2に記載の高強度鋼部材の成形方法。 - 前記鋼板の成分組成が、更に、
Ca:0.0005〜0.01%、
Mg:0.0005〜0.01%、
REM:0.0001〜0.01%
の1種または2種以上
を含むものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度鋼部材の成形方法。
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