JP2013014841A - 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】熱間プレス成形法によって鋼板を成形した熱間プレス成形品であって、金属組織が、フェライト:30〜80面積%、ベイニティックフェライト:30面積%未満(0面積%を含まない)、マルテンサイト:30面積%以下(0面積%を含まない)、残留オーステナイト:3〜20面積%からなるものである。
【選択図】なし
Description
主要組織を、微細で且つ延性の高いフェライトにすることで、熱間プレス成形品の高延性を実現することができる。こうした観点から、フェライトの面積分率は、30面積%以上とする必要がある。しかしながら、この面積分率が80面積%を超えると、所定強度が確保できなくなる。フェライト分率の好ましい下限は40面積%以上(より好ましくは45面積%以上)であり、好ましい上限は70面積%以下(より好ましくは65面積%以下)である。
ベイニティックフェライトは強度の向上には有効であるが、延性がやや低下するため、その分率の上限は30面積%未満とする必要がある。ベイニティックフェライト分率の好ましい下限は5面積%以上(より好ましくは10面積%以上)であり、好ましい上限は25面積%以下(より好ましくは20面積%以下)である。
マルテンサイトは強度の向上には有効であるが、延性を大幅に低下させるため、その分率の上限は30面積%以下とする必要がある。マルテンサイト分率の好ましい下限は5面積%以上(より好ましくは10面積%以上)であり、好ましい上限は25面積%以下(より好ましくは20面積%以下)である。
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面積%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面積%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面積%以上(より好ましくは7面積%以上)であり、好ましい上限は15面積%以下(より好ましくは10面積%以下)である。
二相域温度に加熱時に、延性への寄与の大きいフェライト組織を得るためには、鋼板(成形用鋼板)の種類を適切に選ぶ必要がある。成形用鋼板として熱延鋼板を用いる場合には、フェライト分率が高く、二相域温度に加熱時にフェライトが残存するようにすることが重要である。こうした観点から、用いる熱延鋼板はフェライトが50面積%以上の金属組織を有するものであることが好ましい。このフェライト分率の好ましい下限は、60面積%以上(より好ましくは70面積%以上)であるが、フェライト分率があまり高くなると、成形品中のフェライト分率が多くなり過ぎるので、95面積%以下であることが好ましい。より好ましくは90面積%以下である。
冷延率(%)=[(冷間圧延前の鋼板厚さ−冷間圧延後の鋼板厚さ)/冷間圧延前の鋼板厚さ]×100…(1)
鋼板中に含まれるフェライトを残存させつつ、部分的にオーステナイトにさせるためには、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。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×0.3+Ac3変態点×0.7)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)で所定量のフェラ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、セメンタイトが形成されるのを阻止しつつ、所定量の残留オーステナイトを確保するためには、成形中の平均冷却速度および成形終了温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℃/秒以上とし、成形終了温度は、(ベイナイト変態開始温度Bs−100℃:以下「Bs−100℃」と略記することがある)以下とする必要がある。成形中の平均冷却速度は、好ましくは30℃/秒以上(より好ましくは40℃/秒以上)である。また、成形終了温度は、上記平均冷却速度で室温まで冷却しながら成形を終了してもよいが、Bs−100℃以下まで冷却した後に冷却を停止し、その後成形を終了するようにしても良い。尚、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(下記の方法における冷却においても同じ)。
熱間プレス成形品の組織を適切に調整するためには、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、所定量の残留オーステナイトを確保しつつフェライトを主体とする組織に変態させ、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。鋼板の加熱温度がAc3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1000℃を超えると、加熱時にオーステナイトの粒径が大きくなり、その後の冷却でフェライトが生成できない。
この冷却工程は、冷却中にフェライトを形成させる上で重要な工程である。このときの平均冷却速度が10℃/秒を超えて速くなると、所定量のフェライトが確保できなくなる。この平均冷却速度は、好ましくは7℃/秒以下であり、より好ましくは5℃/秒以下である。この冷却工程における冷却停止温度(この温度を「冷却速度変更温度」と呼ぶことがある)は、700℃以下、500℃以上とする必要がある。この冷却停止温度が、700℃を超えると十分なフェライト量が確保できず、500℃未満となると、フェライト分率が多くなり過ぎ、所定の強度を確保できなくなる。冷却停止温度の好ましい上限は680℃以下(より好ましくは660℃以下)であり、好ましい下限は520℃以上(より好ましくは550℃以上)である。
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。二相域温度またはAc3変態点以上の単相域温度の加熱時に、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、二相域温度またはAc3変態点以上の単相域温度に加熱後のオーステナイトがセメンタイトに形成されることを抑制し、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。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。しかしながら、Mn含有量が過剰になると、フェライトの形成を妨げることで、所定量のフェライトを確保できなくなるので、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、加熱後の冷却中に、セメンタ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、加熱後の冷却中に、セメンタ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0.9%以下(更に好ましくは0.8%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] …(3)
Ms点(℃)=550−361×[C]−39×[Mn]−10×[Cu]−17×[Ni]−20×[Cr]−5×[Mo]+30×[Al] …(4)
Bs点(℃)=830−270×[C]−90×[Mn]−37×[Ni]−70×[Cr]−83×[Mo] …(5)
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(2)式〜(5)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780〜979MPaで伸び(EL)が25%以上、(b)引張強度(TS)が980〜1179MPaで伸び(EL)が15%以上のいずれかを満足するときに合格と評価した。
(1)鋼板中のフェライト、ベイニティックフェラ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、フェライト、ベイニティックフェライトを区別し、夫々の分率(面積率)を求めた。
(2)鋼板中の残留オーステナイト分率(面積率)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)マルテンサイト(焼入れままマルテンサイト)の面積率については、鋼板をレペラ腐食し、SEM観察により白いコントラストを、マルテンサイト(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面積率を測定し、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 (9)
- 熱間プレス成形法によって鋼板を成形した熱間プレス成形品であって、金属組織が、フェライト:30〜80面積%、ベイニティックフェライト:30面積%未満(0面積%を含まない)、マルテンサイト:30面積%以下(0面積%を含まない)、残留オーステナイト:3〜20面積%からなるものであることを特徴とする熱間プレス成形品。
- 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2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2または3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2〜4のいずれかに記載の熱間プレス成形品。
- 請求項1〜5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、フェライトが50面積%以上の金属組織を有する熱延鋼板、または冷延率30%以上を施した冷延鋼板を、プレス成形金型を用いてプレス成形するに際して、前記熱延鋼板または冷延鋼板をAc1変態点以上、(Ac1変態点×0.3+Ac3変態点×0.7)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つつ、(ベイナイト変態開始温度Bs−100℃)以下の温度で成形を終了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1〜5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、プレス成形金型を用いて薄鋼板をプレス成形するに際して、前記薄鋼板をAc3変態点以上、1000℃以下の温度に加熱した後、10℃/秒以下の平均冷却速度で700℃以下、500℃以上の温度まで冷却し、その後成形を開始し、成形中は金型内で20℃/秒以上の平均冷却速度を確保しつつ、(ベイナイト変態開始温度Bs−100℃)以下の温度で成形を終了することを特徴とする熱間プレス成形品の製造方法。
- 成形終了温度を、(ベイナイト変態開始温度Bs−100℃)以下、マルテンサイト変態開始温度Ms点以上の温度範囲とし、その温度範囲で10秒以上保持して成形する請求項6または7に記載の製造方法。
- 請求項1〜5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、フェライトが50面積%以上の金属組織を有する熱延鋼板、または冷延率30%以上を施した冷延鋼板であることを特徴とする熱間プレス成形用薄鋼板。
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