JP2012237066A - 熱間プレス成形品、その製造方法および熱間プレス成形用薄鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の熱間プレス成形品は、薄鋼板を熱間プレス法によって成形された熱間プレス成形品であって、金属組織が、残留オーステナイト:3〜20体積%を含むものであり、マルテンサイトまたはベイナイトが80体積%以上の金属組織を有する薄鋼板を、プレス成形金型を用いてプレス成形するに際して、前記薄鋼板をAc1変態点以上、(Ac1変態点×0.2+Ac3変態点×0.8)以下の温度に加熱した後、成形を開始し、成形中は金型内で20℃/秒以上の平均冷却速度を確保して製造する。
【選択図】なし
Description
においては、金属組織は、残留オーステナイトの他、焼鈍しマルテンサイトまたは焼鈍しベイナイト:30〜97体積%、焼入れままマルテンサイト:0〜67体積%を含むものであることが好ましい。
残留オーステナイトは、塑性変形中にマルテンサイトに変態することで、加工硬化率を上昇させ(変態誘起塑性)、成形品の延性を向上させる効果がある。こうした効果を発揮させるためには、残留オーステナイトの分率を3体積%以上とする必要がある。延性に対しては、残留オーステナイト分率が多ければ多いほど良好になるが、自動車用鋼板に用いられる組成では、確保できる残留オーステナイトは限られており、20体積%程度が上限となる。残留オーステナイトの好ましい下限は5体積%以上(より好ましくは7体積%以上)であり、好ましい上限は15体積%以下(より好ましくは10体積%以下)である。
主要組織を、微細で且つ転位密度の低い焼鈍しマルテンサイトまたは焼鈍しベイナイトにすることで、所定の強度を確保しつつ、熱間プレス成形品の延性(伸び)を高めることができる。こうした観点から、焼鈍しマルテンサイトまたは焼鈍しベイナイトの体積分率は、30体積%以上とすることが好ましい。しかしながら、この分率が97体積%を超えると、残留オーステナイトの分率が不足し、延性(残存延性)が低下する。焼鈍しマルテンサイトまたは焼鈍しベイナイトの分率のより好ましい下限は40体積%以上(更に好ましくは50体積%以上)であり、より好ましい上限は90体積%未満(更に好ましくは80体積%未満)である。
焼入れままマルテンサイトは、延性に乏しい組織であるため、多量に存在すると強度が高くなり過ぎて伸びを劣化させるので、0体積%であっても良い。しかしながら、強度上昇には非常に有効な組織であるため、適量の存在は許容できる。こうした観点から、焼入れままマルテンサイトの分率は、67体積%以下とすることが好ましい。焼入れままマルテンサイトの分率のより好ましい上限は60体積%以下(更に好ましくは50体積%以下)である。
その後の加熱工程(加熱、熱間プレス成形および冷却)で、微細で延性への寄与の大きい焼鈍しマルテンサイトや焼鈍しベイナイトを適量確保するためには、マルテンサイトまたはベイナイトの分率が80体積%以上の薄鋼板(本発明の熱間プレス成形用薄鋼板)を用いることが好ましい。この分率が80体積%未満になると、成形品の組織中に焼鈍しマルテンサイトや焼鈍しベイナイトを適量確保できなくなるばかりか、他の組織(例えばフェライト)の分率を高め、強度−延性バランスを低下させることになる。この分率のより好ましい下限は、いずれも90体積%以上(更に好ましくは95体積%以上)である。
薄鋼板中に含まれるマルテンサイトやベイナイトを焼鈍し(焼鈍)しつつ、部分的に変態させるために、加熱温度は所定の範囲に制御する必要がある。この加熱温度を適切に制御することによって、その後の冷却過程で、残留オーステナイト若しくはマルテンサイトに変態させ、最終的な熱間プレス成形品で所望の組織に作り込むことができる。薄鋼板の加熱温度がAc1変態点未満であると、加熱時に十分な量のオーステナイトが得られず、最終組織(成形品の組織)で所定量の残留オーステナイトを確保できない。また、薄鋼板の加熱温度が(Ac1変態点×0.2+Ac3変態点×0.8)を超えると、加熱時にオーステナイトへの変態量が増加し過ぎて、最終組織(成形品の組織)で所定量の焼鈍しマルテンサイトや焼鈍しベイナイトを確保できない。
上記加熱工程で形成されたオーステナイトを、フェライト、パーライトおよびベイナイト等の組織の生成を阻止しつつ、所望の組織とするためには、成形中の平均冷却速度を適切に制御する必要がある。こうした観点から、成形中の平均冷却速度は20℃/秒以上とする必要があり、好ましくは30℃/秒以上(より好ましくは40℃/秒以上)である。成形中の平均冷却速度の制御は、(a)成形金型の温度を制御する(前記図1に示した冷却媒体)、(b)金型の熱伝導率を制御する等の手段によって達成できる。
Cは、残留オーステナイトを確保する上で重要な元素である。二相域温度での加熱時にオーステナイトに濃化することで、焼入れ後に残留オーステナイトを形成させる。また、マルテンサイト量の増加にも寄与する。C含有量が0.1%未満では、所定の残留オーステナイト量が確保できず、良好な延性が得られない。またC含有量が過剰になって0.3%を超えると、強度が高くなり過ぎることになる。C含有量のより好ましい下限は0.15%以上(更に好ましくは0.20%以上)であり、より好ましい上限は0.27%以下(更に好ましくは0.25%以下)である。
Siは、二相域温度での加熱後のオーステナイトがセメンタイトとフェライトに分解することを防止し、残留オーステナイトを増加させる作用を発揮する。また、固溶強化によって、延性をあまり劣化させずに強度を高める作用も発揮する。Si含有量が0.5%未満では、所定の残留オーステナイト量が確保できず、良好な延性が得られない。またSi含有量が過剰になって3%を超えると、固溶強化量が大きくなり過ぎ、延性が大幅に劣化することになる。Si含有量のより好ましい下限は1.15%以上(更に好ましくは1.20%以上)であり、より好ましい上限は2.7%以下(更に好ましくは2.5%以下)である。
Mnは、オーステナイトを安定化させる元素であり、残留オーステナイトの増加に寄与する。また、フェライト変態、パーライト変態およびベイナイト変態を抑制するため、加熱後の冷却中に、フェライト、パーライト、ベイナイトの形成を防止し、残留オーステナイトの確保に寄与する元素である。こうした効果を発揮させるためには、Mnは0.5%以上含有させることが好ましい。特性だけを考慮した場合は、Mn含有量は多い方が好ましいが、合金添加のコストが上昇することから、2%以下とすることが好ましい。また、オーステナイトの強度を大幅に向上させるため、熱間圧延の負荷が大きくなり、鋼板の製造が困難になるため、生産性の上からも、2%を超えて含有させることは好ましくない。Mn含有量のより好ましい下限は0.7%以上(更に好ましくは0.9%以上)であり、より好ましい上限は1.8%以下(更に好ましくは1.6%以下)である。
Pは、鋼中に不可避的に含まれる元素であるが延性を劣化させるので、Pは極力低減することが好ましい。しかしながら、極端な低減は製鋼コストの増大を招き、0%とすることは製造上困難であるので、0.05%以下(0%を含まない)とすることが好ましい。P含有量のより好ましい上限は0.045%以下(更に好ましくは0.040%以下)である。
SもPと同様に鋼中に不可避的に含まれる元素であり、延性を劣化させるので、Sは極力低減することが好ましい。しかしながら、極端な低減は製鋼コストの増大を招き、0%とすることは製造上困難であるので、0.05%以下(0%を含まない)とすることが好ましい。S含有量のより好ましい上限は0.045%以下(更に好ましくは0.040%以下)である。
Alは、脱酸元素として有用であると共に、鋼中に存在する固溶NをAlNとして固定し、延性の向上に有用である。こうした効果を有効に発揮させるためには、Al含有量は0.01%以上とすることが好ましい。しかしながら、Al含有量が過剰になって0.1%を超えると、Al2O3が過剰に生成し、延性を劣化させる。尚、Al含有量のより好ましい下限は0.013%以上(更に好ましくは0.015%以上)であり、より好ましい上限は0.08%以下(更に好ましくは0.06%以下)である。
Nは、不可避的に混入する元素であり、低減することが好ましいが、実プロセスの中で低減するには限界があるため、0.001%を下限とした。また、N含有量が過剰になると、歪み時効により延性が劣化したり、Bを添加している場合はBNとして析出し、固溶Bによる焼入れ性改善効果を低下させるため、上限を0.01%とした。N含有量のより好ましい上限は0.008%以下(更に好ましくは0.006%以下)である。
Bは、フェライト変態、パーライト変態およびベイナイト変態を抑制する作用を有するため、加熱後の冷却中に、フェライト、パーライト、ベイナイトの形成を防止し、残留オーステナイトの確保に寄与する元素である。こうした効果を発揮させるためには、Bは0.0001%以上含有させることが好ましいが、0.01%を超えて過剰に含有させても効果が飽和する。B含有量のより好ましい下限は0.0002%以上(更に好ましくは0.0005%以上)であり、より好ましい上限は0.008%以下(更に好ましくは0.005%以下)である。
Cu,Ni,CrおよびMoは、フェライト変態、パーライト変態およびベイナイト変態を抑制するため、加熱後の冷却中に、フェライト、パーライト、ベイナイトの形成を防止し、残留オーステナイトの確保に有効に作用する。こうした効果を発揮させるためには、合計で0.01%以上含有させることが好ましい。特性だけを考慮すると含有量は多いほうが好ましいが、合金添加のコストが上昇することから、合計で1%以下とすることが好ましい。また、オーステナイトの強度を大幅に高める作用を有するため、熱間圧延の負荷が大きくなり、鋼板の製造が困難になるため、製造性の観点からも1%以下とすることが好ましい。これらの元素含有量のより好ましい下限は合計で0.05%以上(更に好ましくは0.06%以上)であり、より好ましい上限は合計で0.09%以下(更に好ましくは0.08%以下)である。
VおよびNbは、微細な炭化物を形成し、ピン止め効果により組織を微細にする効果がある。こうした効果を発揮させるためには、合計で0.001%以上含有させることが好ましい。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、粗大な炭化物が形成され、破壊の起点になることで逆に延性を劣化させるので、合計で0.1%以下とすることが好ましい。これらの元素含有量のより好ましい下限は合計で0.005%以上(更に好ましくは0.008%以上)であり、より好ましい上限は合計で0.08%以下(更に好ましくは0.06%以下)である。
Ac3変態点(℃)=910−203×[C]1/2+44.7×[Si]−30×[Mn]+700×[P]+400×[Al]+400×[Ti]+104×[V]−11×[Cr]+31.5×[Mo]−20×[Cu]−15.2×[Ni] …(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[P],[Al],[Ti],[V],[Cr],[Mo],[Cu]および[Ni]は、夫々C,Si,Mn,P,Al,Ti,V,Cr,Mo,CuおよびNiの含有量(質量%)を示す。また、上記(1)式、(2)式の各項に示された元素が含まれない場合は、その項がないものとして計算する。
JIS5号試験片を用いて引張試験を行い、引張強度(TS)、伸び(EL)を測定した。このとき、引張試験の歪速度:10mm/秒とした。本発明では、(a)引張強度(TS)が780〜979MPで伸び(EL)が25%以上、(b)引張強度(TS)が980〜1179MPaで伸び(EL)が20%以上、(c)引張強度(TS)が1180MPa以上で伸び(EL)15%以上のいずれかを満足するときに合格と評価した。
(1)鋼板中の焼鈍しマルテンサイト、ベイナイト、焼鈍しベイナイトの組織については、鋼板をナイタールで腐食し、SEM(倍率:1000倍または2000倍)観察により、焼鈍しマルテンサイト、ベイナイト、焼鈍しベイナイトを区別し、夫々の分率(体積率)を求めた。
(2)鋼板中の残留オーステナイト分率は、鋼板の1/4の厚さまで研削した後、化学研磨してからX線回折法によって測定した(例えば、ISJJ Int.Vol.33.(1933),No.7,P.776)。
(3)焼入れままマルテンサイト分率については、鋼板をレペラ腐食し、白いコントラストを焼入れままマルテンサイトと残留オーステナイトの混合組織として体積率を測定し、そこからX線回折により求めた残留オーステナイト分率を差いて、焼入れままマルテンサイト分率を計算した。
2 ダイ
3 ブランクホルダー
4 鋼板(ブランク)
Claims (8)
- 熱間プレス成形法によって薄鋼板を成形した熱間プレス成形品であって、金属組織が、残留オーステナイト:3〜20体積%を含むものであることを特徴とする熱間プレス成形品。
- 金属組織が、残留オーステナイトの他、焼鈍しマルテンサイトまたは焼鈍しベイナイト:30〜97体積%、焼入れままマルテンサイト:0〜67体積%を含むものである請求項1に記載の熱間プレス成形品。
- 化学成分組成が、
C :0.1〜0.3%(質量%の意味。以下、化学成分組成について同じ。)、
Si:0.5〜3%、
Mn:0.5〜2%、
P :0.05%以下(0%を含まない)、
S :0.05%以下(0%を含まない)、
Al:0.01〜0.1%、および
N:0.001〜0.01%、
を夫々含有し、残部が鉄および不可避不純物からなる請求項1または2に記載の熱間プレス成形品。 - 更に他の元素として、B:0.01%以下(0%を含まない)およびTi:0.1%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項3に記載の熱間プレス成形品。
- 更に他の元素として、Cu,Ni,CrおよびMoよりなる群から選択される1種以上:合計で1%以下(0%を含まない)含有するものである請求項3または4に記載の熱間プレス成形品。
- 更に他の元素として、Vおよび/またはNb:合計で0.1%以下(0%を含まない)含有するものである請求項3〜5のいずれかに記載の熱間プレス成形品。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の熱間プレス成形品を製造するに当たり、マルテンサイトまたはベイナイトが80体積%以上の金属組織を有する薄鋼板を、プレス成形金型を用いてプレス成形するに際して、前記薄鋼板をAc1変態点以上、(Ac1変態点×0.2+Ac3変態点×0.8)以下の温度に加熱した後、成形を開始し、成形中は金型内で20℃/秒以上の平均冷却速度を確保することを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の熱間プレス成形品を製造するための熱間プレス成形用薄鋼板において、マルテンサイトまたはベイナイトが80体積%以上の金属組織を有することを特徴とする熱間プレス成形用薄鋼板。
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