JP2015196890A - ホットスタンプ成形体 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホットスタンプ後の加工が可能であり、エネルギー吸収用の衝撃吸収部材として有用であり、しかも、強度が高く自動車車体の軽量化が可能なホットスタンプ成形体を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ ：０．０７％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．０１％以上１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以上３．０％以下、Ｐ：０．００１％以上０．０６％以下、Ｓ：０．００１％以上０．０１％以下、Ｎ：０．０００５％以上０．０１％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．０５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、Ｃ含有量 、Ｓｉ含有量、Ｍｎ含有量、Ｃｕ含有量、Ｎｉ含有量、Ｃｒ含有量、Ｍｏ含有量、Ｖ含有量、Ｂ含有量を、それぞれ［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｂ］としたときに下記式（１）を満足し、ホットスタンプ後の金属組織が面積率で９０％以上のマルテンサイトを含有する。［数１］［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５［Ｂ］≧０．１５ （１）【選択図】なし
Description
本発明は、例えば自動車のフロントサイドフレーム、センタピラーロアーといった大変形を伴うエネルギー吸収部材への適用が可能なホットスタンプ成形体に関する。
従来、上記のような技術として特許文献１には、３〜２０％の残留オーステナイトを含む熱間プレス成形用薄鋼板および熱間プレス成形品が開示されている。しかしながら、残留オーステナイトを含む鋼板は優れた強度と均一な伸びとのバランスを示すが、局部延性に劣るという問題がある。また、残留オーステナイトを含む鋼板は同一強度として比較すると炭素当量が高くなって溶接性が劣るという問題もある。
特許文献２には、９８０ＭＰａ未満の強度を有する局部延性能に優れたホットスタンプ成形品が開示されている。しかしながら、このホットスタンプ成形品は、局部延性は高いものの強度が低いという問題がある。
特許文献３には、ホットスタンプ後の金属組織が４０〜９０％のフェライトと１０〜６０％のマルテンサイト組織で構成され、ＴＳ（引張強度）×λ（穴拡げ率）が５００００ＭＰａ以上の特性を有するホットスタンプ成形品が開示されている。しかしながら、このホットスタンプ成形品は、Ｃの含有量が０．１５〜０．３％と非常に高いため、溶接性や曲げ性が劣るという問題があった。
特許文献４には、厚板としたときの焼入れ性不足と靭性不足を改善するために、Ｃ：０．２８〜０．３５％、Ｍｎ＋Ｃｒ：１〜３％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％、ＲＥＭ：０．００５〜０．０３％、Ｏ：０．００３〜０．００７を含有し、９０％以上のマルテンサイトを有する鋼材が開示されている。しかしながら、この鋼材では、Ｔｉ，Ｎｂ、ＲＥＭ等の高価な元素を添加する必要があり、材料費のコスト高が避けられず、より低廉な素材で所定の特性を満足することが望まれている。
したがって、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、従来は困難であったホットスタンプ後の加工が可能であり、その結果、部品形状の制約が大幅に解消されるとともに、エネルギー吸収用の衝撃吸収部材として有用であり、しかも、強度が高く自動車車体の軽量化が可能なホットスタンプ成形体を提供することを目的としている。
本発明のホットスタンプ成形体は、質量％で、Ｃ ：０．０７０％以上０．１３０％以下、Ｓｉ：０．０１％以上１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以上３．０％以下、Ｐ：０．０６％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．０００５％以上０．０１％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．０５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、Ｃ含有量 、Ｓｉ含有量、Ｍｎ含有量、Ｃｕ含有量、Ｎｉ含有量、Ｃｒ含有量、Ｍｏ含有量、Ｖ含有量、Ｂ含有量を、それぞれ［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｂ］としたときに下記式（１）を満足し、ホットスタンプ後の金属組織が面積率で９０％以上のマルテンサイトを含有することを特徴とする。
[数１]
［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋
［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５［Ｂ］≧０．１５ （１）
[数１]
［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋
［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５［Ｂ］≧０．１５ （１）
本発明のホットスタンプ成形体は熱間プレス後の局所延性が高いため、従来のホットスタンプ成形体では困難であった熱間プレス後の打抜き加工や曲げ加工、穴拡げ加工が可能となる。その結果、従来のホットスタンプでは単純なフォーム成形が主体であったため部品形状の制約が大きかったが、本発明では成形後の後加工が可能であるため、リバースフランジ加工（負角成形）や穴拡げ加工も可能であり、部品性能が大幅に向上する。
また、穴広げ加工により、従来、溶接やボルトにより結合していた部材を圧入加工で結合できることから、軽量化や低コスト化に有利となる。また既存のホットスタンプ材と比較してＣ量および（２）式に規定するＣ当量を低く抑えており、その結果、耐遅れ破壊特性や溶接性が大幅に改善されるため、生産設備に与える負荷が小さい。たとえば、スポット溶接機の加圧力を低く抑えることができることやレーザー加工が不要となるため、設備投資を抑えることが可能である。一方、成形後の局部延性が高いため、衝撃が加わったときの鋼板打抜き端部からの破断回避や曲げ変形時の破断が抑制できることから、エネルギー吸収用の衝突部材として有用である。また、既存のエネルギー吸収部材（５９０ＭＰａ級冷延鋼板）と比較すると強度が極めて高いため、自動車車体の軽量化効果も期待できる。
本発明においては、Ｂ：０．０００５％以上０．００２０％以下、Ｍｏ：０．０１％以上０．５％以下、Ｃｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｖ：０．００１％以上０．１０％以下、Ｔｉ：０．００１％以上０．１０％以下、Ｎｂ：０．０１％以上０．０５％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．２％以下、Ｎｉ：０．０１％以上０．２％以下、の１種以上をさらに含有することができる。
本発明においては、ホットスタンプ後の引張強度が９８０ＭＰａ以上、ＪＩＳＺ２２４１に規定する曲げ試験における最小曲げ半径（材料を破壊せずに曲げられる内側の半径Ｒ／板厚ｔ）が１．５以下、ＪＦＳＴ（日本鉄鋼連盟規格）１００１に規定する穴拡げ試験における穴拡げ率（λ）が４５％以上であることが望ましい。
本発明においては、ホットスタンプ後に打ち抜き加工、曲げ成形や穴拡げ加工などのうち1種以上の後加工を施すことができる。また、表面にめっきを施さずに、ホットスタンプ（プレス）後にショットブラストで酸化スケールを除去を行うことができる。さらに、表面に溶融亜鉛めっきを施すことができ、溶融亜鉛めっきの表面に合金化亜鉛めっきを施すことができる。これらのめっき以外にも電気亜鉛めっきやアルミニウムめっきを施すことができる。
ホットスタンプのための材料の加熱には炉内加熱を行うことができるが、通電加熱による加熱が好適である。また、ホットスタンプ成形体に対して、後熱処理として部分的または部品全体に焼鈍を施すことにより、さらに成形性、耐遅れ破壊性を向上させることができる。
なお、本発明は、以上の特徴を有するホットスタンプ用冷延鋼板でもある。
本発明によれば、従来は困難であった熱間プレス後の後加工が可能であり、その結果、部品形状の制約が大幅に解消されるとともに、エネルギー吸収用の衝撃吸収部材として有用であり、しかも、自動車車体の軽量化が可能である等の効果が得られる。
以下、本発明における成分組成の限定理由を説明する。なお、以下の説明において「％」は「質量％」を意味する。
Ｃ：０．０７０％以上０．１３０％以下
Ｃはマルテンサイト相を強化し鋼の強度を高めるのに有効な元素であり、Ｃの含有量が０．０７％未満では鋼の強度を高めることができない。一方、Ｃ含有量が０．１３％を超えるとマルテンサイト鋼の局部延性（曲げ性）が大幅に低下する。したがって、Ｃの含有量の範囲は０．０７％以上０．１３％以下とする。なお、曲げ性の要求が高い場合にはＣの含有量は０．１１％以下とすることが望ましい。
Ｃはマルテンサイト相を強化し鋼の強度を高めるのに有効な元素であり、Ｃの含有量が０．０７％未満では鋼の強度を高めることができない。一方、Ｃ含有量が０．１３％を超えるとマルテンサイト鋼の局部延性（曲げ性）が大幅に低下する。したがって、Ｃの含有量の範囲は０．０７％以上０．１３％以下とする。なお、曲げ性の要求が高い場合にはＣの含有量は０．１１％以下とすることが望ましい。
Ｓｉ：０．０１％以上１．５％以下
Ｓｉは曲げ性に悪影響を及ぼす有害な炭化物の生成を抑えるために重要な元素であり、また、脱酸剤として添加される。そのような効果を得るために、Ｓｉの含有量は０．０１％以上とする。しかしながら、Ｓｉの含有量が１．５％を超えると化成処理性が大幅に低下する。よって、Ｓｉ添加量は１．５％以下とする。
Ｓｉは曲げ性に悪影響を及ぼす有害な炭化物の生成を抑えるために重要な元素であり、また、脱酸剤として添加される。そのような効果を得るために、Ｓｉの含有量は０．０１％以上とする。しかしながら、Ｓｉの含有量が１．５％を超えると化成処理性が大幅に低下する。よって、Ｓｉ添加量は１．５％以下とする。
Ｍｎ：１．５％以上３．０％以下
Ｍｎは焼入れ性を高めるために重要な元素であり、そのような効果を得るために１．５％以上含有する。一方、Ｍｎの含有量が３．０％を超えると、鋼板製造プロセスにおける連続鋳造性が大幅に悪化し、生産性が著しく低下する。よって、Ｍｎの含有量は３．０％以下とする。
Ｍｎは焼入れ性を高めるために重要な元素であり、そのような効果を得るために１．５％以上含有する。一方、Ｍｎの含有量が３．０％を超えると、鋼板製造プロセスにおける連続鋳造性が大幅に悪化し、生産性が著しく低下する。よって、Ｍｎの含有量は３．０％以下とする。
Ｐ：０．０６％以下
Ｐは、含有量が多い場合粒界へ偏析し、鋼の局部延性と溶接性を劣化させる。よって、Ｐの含有量は０．０６０％以下とする。一方、Ｐを必要以上に低減させることは原料費および精錬時のコスト高につながるので０．００１％以上とすることが望ましい。
Ｐは、含有量が多い場合粒界へ偏析し、鋼の局部延性と溶接性を劣化させる。よって、Ｐの含有量は０．０６０％以下とする。一方、Ｐを必要以上に低減させることは原料費および精錬時のコスト高につながるので０．００１％以上とすることが望ましい。
Ｓ：０．０１％以下、
ＳはＭｎＳを形成して鋼の局部延性を著しく低下させる元素である。よって、Ｓの含有量は０．０１％以下とする。一方、Ｓを必要以上に低減させることは原料費および精錬時のコストアップにつながるので０．００１％以上とすることが望ましい。
ＳはＭｎＳを形成して鋼の局部延性を著しく低下させる元素である。よって、Ｓの含有量は０．０１％以下とする。一方、Ｓを必要以上に低減させることは原料費および精錬時のコストアップにつながるので０．００１％以上とすることが望ましい。
Ｎ：０．０００５％以上０．０１％以下
ＮはＡｌＮ等を析出させて結晶粒を微細化するのに有効な元素である。よって、Ｎの含有量は０．０００５％以上とする。一方、Ｎの含有量が高すぎると鋼の延性が低下するため、Ｎの含有量は０．０１％以下とする。
ＮはＡｌＮ等を析出させて結晶粒を微細化するのに有効な元素である。よって、Ｎの含有量は０．０００５％以上とする。一方、Ｎの含有量が高すぎると鋼の延性が低下するため、Ｎの含有量は０．０１％以下とする。
Ａｌ：０．００１％以上０．０５％以下
Ａｌは脱酸剤として重要な元素であり、脱酸の効果を得るためにＡｌの含有量は０．０１％以上とする。一方、Ａｌを過度に添加しても脱酸の効果はさほど向上せず、逆に鋼の脆化を招くため、Ａｌの含有量は０．０５％以下とする。
Ａｌは脱酸剤として重要な元素であり、脱酸の効果を得るためにＡｌの含有量は０．０１％以上とする。一方、Ａｌを過度に添加しても脱酸の効果はさほど向上せず、逆に鋼の脆化を招くため、Ａｌの含有量は０．０５％以下とする。
式（１）で表す炭素当量（Ｐｃｍ）≧０．１５
ＰｃｍはＣと同等の作用を有する。すなわち、Ｐｃｍが０．１５以上の場合に鋼の強度を高めることができる。
ＰｃｍはＣと同等の作用を有する。すなわち、Ｐｃｍが０．１５以上の場合に鋼の強度を高めることができる。
本発明は、以上の成分と残部のＦｅおよび不可避的不純物からなる組成を必須とするが、強度のさらなる向上、および硫化物または酸化物の形状の制御などのために、従来から用いられている元素としてＮｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂのいずれか１種または２種以上を以下の範囲内で含有することができる。
Ｂ：０．０００５％以上０．００２０％以下
Ｂは焼入れ性の向上に有効な元素であり、その効果を得るためには０．０００５％以上の添加が必要である。一方、Ｂを０．００２０％を超えて添加しても、強度はさほど向上せず、しかも延性が低下する恐れがあるためＢの添加量は０．００２％以下とする。
Ｂは焼入れ性の向上に有効な元素であり、その効果を得るためには０．０００５％以上の添加が必要である。一方、Ｂを０．００２０％を超えて添加しても、強度はさほど向上せず、しかも延性が低下する恐れがあるためＢの添加量は０．００２％以下とする。
Ｎｂ：０．０１％以上０．０５％以下
Ｔｉ：０．００１％以上０．１０％以下
Ｖ：０．００１％以上０．１０％以下
Ｎｂ、ＴｉおよびＶは微細な炭窒化物を析出させて鋼を強化する元素であり、その効果を得るためにそれぞれ０．０１％以上、０．００１％以上、０．００１％以上添加する。一方、それらの元素を過剰に添加すると穴拡げ性や曲げ性を悪化させるため、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｖ：０．１００％以下とする。
Ｔｉ：０．００１％以上０．１０％以下
Ｖ：０．００１％以上０．１０％以下
Ｎｂ、ＴｉおよびＶは微細な炭窒化物を析出させて鋼を強化する元素であり、その効果を得るためにそれぞれ０．０１％以上、０．００１％以上、０．００１％以上添加する。一方、それらの元素を過剰に添加すると穴拡げ性や曲げ性を悪化させるため、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．１０％以下、Ｖ：０．１００％以下とする。
Ｍｏ、Ｃｒ：０．０１％以上０．５％以下
ＭｏおよびＣｒは焼入れ性を高める元素であり、その効果を得るためにそれぞれ０．０１％以上添加する。一方、それらの元素を過剰に添加すると製造コストが上昇するのみならず、伸びや穴広げ性の低下を招く恐れがあるため、０．５％以下とする。
ＭｏおよびＣｒは焼入れ性を高める元素であり、その効果を得るためにそれぞれ０．０１％以上添加する。一方、それらの元素を過剰に添加すると製造コストが上昇するのみならず、伸びや穴広げ性の低下を招く恐れがあるため、０．５％以下とする。
Ｎｉ，Ｃｕ：０．０１％以上０．２％以下
ＣｕおよびＮｉは強度を高める元素であり、その効果を得るために０．０１％以上添加する。一方、それらの元素を過剰に添加しても強度はさほど向上せず、製造コストが上昇することから、Ｎｉ，Ｃｕの含有量は０．２％以下とする。
ＣｕおよびＮｉは強度を高める元素であり、その効果を得るために０．０１％以上添加する。一方、それらの元素を過剰に添加しても強度はさほど向上せず、製造コストが上昇することから、Ｎｉ，Ｃｕの含有量は０．２％以下とする。
以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
本実施例では、表１に示す成分の板厚が１．６ｍｍの鋼板を９５０℃に加熱してホットスタンプを行った試料を作製した。ホットスタンプは、鋼板をオーステナイト域まで加熱してプレス加工を行う技術であり、プレス加工と同時に金型内で焼入れ処理を行う。各試料のマルテンサイトの面積率を表１に併記する。また、この試料の硬さ（Ｈｖ）と引張強度を測定し、その結果を表１に併記する。さらに、引張強度を図１に示す。なお、表１において「Ｐｃｍ」は前記式（１）で表した炭素当量（［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５［Ｂ］）である。表１および図１に示すように、Ｃの含有量が０．０７％以上である発明例１〜８および比較例５〜１１では、引張強度が９８０ＭＰａ以上あり、充分な強度を示すとともに硬さも充分であった。一方、Ｃの含有量が０．０７％に満たない比較例２では、引張強度および硬さ共に不充分であった。
本実施例では、表１に示す成分の板厚が１．６ｍｍの鋼板を９５０℃に加熱してホットスタンプを行った試料を作製した。ホットスタンプは、鋼板をオーステナイト域まで加熱してプレス加工を行う技術であり、プレス加工と同時に金型内で焼入れ処理を行う。各試料のマルテンサイトの面積率を表１に併記する。また、この試料の硬さ（Ｈｖ）と引張強度を測定し、その結果を表１に併記する。さらに、引張強度を図１に示す。なお、表１において「Ｐｃｍ」は前記式（１）で表した炭素当量（［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５［Ｂ］）である。表１および図１に示すように、Ｃの含有量が０．０７％以上である発明例１〜８および比較例５〜１１では、引張強度が９８０ＭＰａ以上あり、充分な強度を示すとともに硬さも充分であった。一方、Ｃの含有量が０．０７％に満たない比較例２では、引張強度および硬さ共に不充分であった。
次に、上記試料に対してＪＦＳ Ｔ１００１（日本鉄鋼連盟規格）に準拠して穴拡げ試験を行った。穴拡げ試験では、試料に直径ｄ０の下穴を明け、下穴に頂角が６０°の円錐ポンチを押し込む。そして、穴の周囲にクラックが入ったときの穴の直径ｄｂを測定し、（ｄｂ−ｄ０）／ｄ０×１００（％）を穴拡げ率（λ）とする。穴拡げ試験の結果を表２および図２に示す。表２および図２に示すように、Ｃの含有量が０．１３％以下の発明例２，５では、穴拡げ率（λ）が４５％以上であり、良好な値を示した。これに対して、Ｃの含有量が０．１３％を超える比較例５では、穴拡げ率（λ）が４３％と不充分な結果となった。
次に、上記試料に対してＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して３点曲げ試験を行った。３点曲げ試験は、板状の試料を２点で支持し、曲率半径Ｒの曲面を有する押金具で試料を押し曲げ、試料に割れが生じる最小のＲを求める試験であり、最小のＲを試料の板厚ｔで除した値を最小曲げ半径とする。３点曲げ試験の結果を表３および図３に示す。表３および図３に示すように、Ｃの含有量が０．１３％以下である比較例２および発明例１〜８では、最小曲げ半径が１．０以下と良好な結果を示した。したがって、発明例１〜８では、ホットスタンプ後の曲げ成形が容易であることが確認された。一方、Ｃの含有量が０．１３％を超える比較例５〜１１では、Ｃの含有量の増加とともに最小曲げ半径が直線的に増加し、最小曲げ半径は不充分な結果となった。
次に、表１に示す組成の鋼板を用いてホットスタンプにより図４に示す形状および寸法のハット形状の試料を作製した。ホットスタンプでは、試料を９５０℃に加熱して金型でプレス成形した。この試料の長手方向から圧力を加えて高さ７５ｍｍまで圧潰して割れ発生の有無を確認した。その結果を表３に併記する。表３に示すように、Ｃの含有量が０．１３％以下である比較例２および発明例１〜８では割れが発生せず、Ｃの含有量が０．１３％を超える比較例５〜１１では割れが発生した。以上の結果から、発明例はエネルギー吸収用の衝突部材として有用であることが確認された。
本発明は、たとえば自動車のフロントサイドフレーム、センタピラーロアーといった大変形を伴うエネルギー吸収部材に利用可能である。
Claims (3)
- 質量％で、Ｃ ：０．０７％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．０１％以上１．５％以下、Ｍｎ：１．５％以上３．０％以下、Ｐ：０．００１％以上０．０６％以下、Ｓ：０．００１％以上０．０１％以下、Ｎ：０．０００５％以上０．０１％以下、Ａｌ：０．００１％以上０．０５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる組成を有し、Ｃ含有量 、Ｓｉ含有量、Ｍｎ含有量、Ｃｕ含有量、Ｎｉ含有量、Ｃｒ含有量、Ｍｏ含有量、Ｖ含有量、Ｂ含有量を、それぞれ［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］、［Ｃｕ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｖ］、［Ｂ］としたときに下記式（１）を満足し、ホットスタンプ後の金属組織が面積率で９０％以上のマルテンサイトを含有することを特徴とするホットスタンプ成形体。
［数１］
［Ｃ］＋［Ｓｉ］／３０＋［Ｍｎ］／２０＋［Ｃｕ］／２０＋［Ｎｉ］／６０＋
［Ｃｒ］／２０＋［Ｍｏ］／１５＋［Ｖ］／１０＋５［Ｂ］≧０．１５ （１） - Ｂ：０．０００５％以上０．００２０％以下、Ｍｏ：０．０１％以上０．５％以下、Ｃｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｖ：０．００１％以上０．１０％以下、Ｔｉ：０．００１％以上０．１０％以下、Ｎｂ：０．０１％以上０．０５％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．２％以下、Ｎｉ：０．０１％以上０．２％以下の１種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のホットスタンプ成形体。
- ホットスタンプ後の引張強度が９８０ＭＰａ以上、ＪＩＳＺ２２４１に規定する曲げ試験における最小曲げ半径／板厚（Ｒ／ｔ）が１．５以下、ＪＦＳＴ１００１に規定する穴拡げ試験における穴拡げ率（λ）が４５％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のホットスタンプ成形体。
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