JP2023504791A - 熱間成形用鋼材、熱間成形部材及びこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
合金指数=I(Mn)×I(Si)×I(Cr)×I(Mo)
(但し、上記関係式1において各成分に対するI値は、I(Mn)=3.34×Mn+1、I(Si)=0.7×Si+1、I(Cr)=2.16×Cr+1、I(Mo)=3×Mo+1であり、各成分に対する含量は重量%である。)
合金指数=I(Mn)×I(Si)×I(Cr)×I(Mo)
(但し、上記関係式1において各成分に対するI値は、I(Mn)=3.34×Mn+1、I(Si)=0.7×Si+1、I(Cr)=2.16×Cr+1、I(Mo)=3×Mo+1であり、各成分に対する含量は重量%である。)
合金指数=I(Mn)×I(Si)×I(Cr)×I(Mo)
(但し、上記関係式1において各成分に対するI値は、I(Mn)=3.34×Mn+1、I(Si)=0.7×Si+1、I(Cr)=2.16×Cr+1、I(Mo)=3×Mo+1であり、各成分に対する含量は重量%である。)
炭素(C)は、熱処理部材の強度を向上させるために添加される必須の元素である。通常、超高強度の熱間成形用鋼材では、C含量を0.2%以上に高く使用することが一般的であるが、衝突エネルギー吸収能の観点から最大の効果を奏するためには適切なC含量が必要である。C含量が0.06%未満であると、十分な強度を確保することが困難であり、最終的には、曲げ性が高くても衝突エネルギー吸収能はむしろ低下するため、0.06%以上添加される必要がある。一方、C含量が0.1%を超えると、強度は高くなるが、曲げ性が低下して衝突エネルギー吸収能は低下するため、0.1%以下に制限することができる。したがって、上記Cの含量は0.06~0.1%の範囲を有することが好ましい。上記C含量の下限は0.065%であることがより好ましく、0.07%であることがさらに好ましい。上記C含量の上限は0.095%であることがより好ましく、0.09%であることがさらに好ましい。
シリコン(Si)は、製鋼において脱酸剤として添加されるべき元素であるとともに、固溶強化元素であって、炭化物生成を抑制する元素として熱間成形部材の強度上昇に寄与し、材質均一化に効果的な元素として添加される。その含量が0.05%未満の場合、上記のような効果が期待できない。一方、Si含量が0.6%を超えると、焼鈍中に鋼板の表面に生成されるSi酸化物によりめっき性が大きく低下するため、0.6%以下に添加を制限することができる。したがって、上記Siの含量は0.05~0.6%の範囲を有することが好ましい。上記Si含量の下限は0.1%であることがより好ましく、0.15%であることがさらに好ましい。上記Si含量の上限は0.55%であることがより好ましく、0.5%であることがさらに好ましい。
マンガン(Mn)は、固溶強化の効果が確保できるだけでなく、硬化能の向上によって、熱間成形時にフェライト形成を抑制するために添加される必要がある。Mn含量が0.6%未満であると、上記効果を得るのに限界があるだけでなく、Mn含量が低すぎる場合、不十分な硬化能のために他の高価な合金元素が過剰に必要となり、製造コストが大きく増加するという問題が発生する可能性がある。一方、上記Mn含量が2%を超えると、熱間成形工程前に鋼板の強度上昇により冷間圧延性が低下するだけでなく、微細組織相の圧延方向に配列されたバンド(band)性組織が深化して衝突エネルギー吸収能が劣る可能性がある。したがって、上記Mnの含量は0.6~2%の範囲を有することが好ましい。上記Mn含量の下限は0.7%であることがより好ましく、0.8%であることがさらに好ましく、0.9%であることが最も好ましい。上記Mn含量の上限は1.8%であることがより好ましく、1.6%であることがさらに好ましく、1.4%であることが最も好ましい。
リン(P)は鋼中に不純物として存在し、その含量が0.05%を超える場合、熱間成形部材の溶接性を大きく脆化させる可能性がある。一方、上記Pは不純物であって、その下限について特に限定しなくてもよいが、P含量を0.001%未満に制御するためには、高い製造コストを要する可能性があるため0.001%以上に限定することができる。
硫黄(S)は鋼中に不純物として存在し、熱間成形部材の延性、衝撃特性及び溶接性を阻害させる元素であるため、最大含量を0.02%に制限することができる。一方、上記Sは不純物であって、その下限について特に限定しなくてもよいが、S含量を0.0001%未満に制御するためには、高い製造コストを要する可能性があるため、0.0001%以上に限定することができる。
アルミニウム(Al)はSiと共に、製鋼において脱酸作用をして鋼の清浄度を高める元素である。Al含量が0.01%未満では、上記効果が得られにくく、その含量が0.1%を超えると、連鋳工程中に形成される過剰なAlNによる高温延性が低下し、スラブクラックが発生しやすいという問題点がある。したがって、上記Alの含量は0.01~0.1%の範囲を有することが好ましい。上記Al含量の下限は0.015%であることがより好ましい。上記Al含量の上限は0.08%であることがより好ましく、0.07%であることがさらに好ましく、0.06%であることが最も好ましい。
クロム(Cr)は、Mnのように鋼の硬化能を確保するために添加される。上記Cr含量が0.01%未満であると、十分な硬化能を確保し難い可能性がある。一方、その含量が0.8%を超えると、添加量に比べて硬化能向上効果は僅かであり、粗大な鉄炭化物の形成を助長して衝突エネルギー吸収能を劣らせるため、その上限を0.8%に制限することができる。したがって、上記Crの含量は0.01~0.8%の範囲を有することが好ましい。上記Cr含量の下限は0.015%であることがより好ましく、0.02%であることがさらに好ましい。上記Cr含量の上限は0.75%であることがより好ましく、0.7%であることがさらに好ましい。
モリブデン(Mo)は、Cr、Mnのように鋼の硬化能を向上させる効果があるだけでなく、微細析出物の形成による結晶粒微細化によって曲げ性の増加などの効果が得られる。但し、上記Mo含量が0.5%を超えると、効果に比べて過度な合金鉄コストの上昇を招くため、その上限を0.5%に制限することができる。したがって、上記Moの含量は0.5%以下(0%は除く)の範囲を有することが好ましい。上記Mo含量は0.45%以下であることがより好ましく、0.4%以下であることがさらに好ましく、0.35%以下であることが最も好ましい。
上記Nは鋼中に不純物として含まれる。N含量が0.02%を超えると、前述のAlの場合と同様に、AlNの形成によるスラブクラックが発生しやすくなるという問題がある。一方、上記Nは不純物であって、その下限について特に限定しなくてもよいが、N含量を0.001%未満に制御するためには、高い製造コストを要する可能性があるため、0.001%以上に限定することができる。
ニッケル(Ni)は、オーステナイト安定化元素であって、Ni添加によって鋼の硬化能を向上させることができる。但し、Niは高価な合金元素であるため、硬化能向上効果に対する製造コストの上昇を考慮すると、その上限を0.5%とすることが好ましい。したがって、上記Niの含量は0.5%以下の範囲を有することが好ましい。一方、Ni添加による硬化能の効果を十分に得るためには、上記Ni含量の下限が0.01%であることがより好ましく、0.03%であることがさらに好ましく、0.05%であることが最も好ましい。上記Ni含量の上限は0.45%であることがより好ましく、0.4%であることがさらに好ましく、0.35%であることが最も好ましい。
ニオブ(Nb)は、微細析出物の形成による析出強化効果が得られる元素であって、これにより強度上昇及び結晶粒微細化による曲げ性を改善する効果を得ることができる。それだけでなく、熱間成形のための加熱中、過度な結晶粒成長を抑制して熱処理条件の変動に対する頑健化を図ることができる。但し、Nb含量が0.1%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、析出温度の増加により相対的に粗大な析出物が増加してコストに比べて効率性が低下する可能性がある。したがって、上記Nbの含量は0.1%以下の範囲を有することが好ましい。上記Nb含量の下限は0.005%であることがより好ましく、0.01%であることがさらに好ましく、0.015%であることが最も好ましい。上記Nb含量の上限は0.09%であることがより好ましく、0.08%であることがさらに好ましく、0.07%であることが最も好ましい。
チタン(Ti)は、鋼に不純物として残存する窒素と結合してTiNを生成させることで、硬化能の確保のためにBを添加する場合に併せて添加されることもある元素である。また、TiC析出物の形成によって析出強化及び結晶粒微細化効果が期待できる。但し、Ti含量が0.1%を超えると、むしろ粗大なTiNが多量に形成され、衝突エネルギー吸収能を劣らせるため、その上限は0.1%に制限することができる。したがって、上記Tiの含量は0.1%以下の範囲を有することが好ましい。上記Ti含量の下限は0.005%であることがより好ましく、0.01%であることがさらに好ましく、0.015%であることが最も好ましい。上記Ti含量の上限は0.08%であることがより好ましく、0.06%であることがさらに好ましく、0.05%であることが最も好ましい。
ボロン(B)は、少量の添加でも硬化能を向上させることができるだけでなく、旧オーステナイト結晶粒界に偏析してP又は/及びSの粒界偏析による熱間成形部材の脆性を効果的に抑制することができる元素である。しかし、その含量が0.01%を超えると、Fe23CB6複合化合物の形成により熱間圧延において脆性を引き起こすため、その上限を0.01%に制限することができる。したがって、上記Bの含量は0.01%以下の範囲を有することが好ましい。上記B含量の下限は0.0001%であることがより好ましく、0.0003%であることがさらに好ましく、0.0005%であることが最も好ましい。上記B含量の上限は0.009%であることがより好ましく、0.007%であることがさらに好ましく、0.005%であることが最も好ましい。
合金指数=I(Mn)×I(Si)×I(Cr)×I(Mo)
(但し、上記関係式1において各成分に対するI値は、I(Mn)=3.34×Mn+1、I(Si)=0.7×Si+1、I(Cr)=2.16×Cr+1、I(Mo)=3×Mo+1であり、各成分に対する含量は重量%である。)
下記表1に記載の合金組成を有する厚さ40mmの鋼スラブを真空溶解によって製造した。上記鋼スラブを1250℃に加熱した後、900℃の仕上げ熱間圧延温度に熱間圧延して熱延鋼板を得た。その後、各鋼種別に巻取温度及び巻取温度から400℃までの冷却速度は、模写用熱処理炉を使用して下記表2に記載の条件を適用し、最終熱延厚さは全て3mmとなるように熱間圧延を行った。その後、上記熱延鋼板を酸洗処理した後、冷間圧下率を50%にして冷間圧延を実施して冷延鋼板を得た。その後、下記表2に記載の条件で上記冷延鋼板を、400℃~焼鈍温度までの加熱速度を制御して加熱し、5%水素-95%窒素雰囲気下で焼鈍した後、上記焼鈍温度から660℃までの冷却速度を制御して冷延鋼板を製造した。その後、上記冷延鋼板を冷却した後、Al系めっきを行った。このとき、Al系めっき浴の組成はAl-9%Si-2%Fe及び残りは不可避不純物で構成され、めっき付着量は片面基準80g/m2とした。このように製造された鋼板をブランクとして作製した後、熱間成形用金型を用いて熱間成形することにより、図2に示すような形態の熱間成形部材を製造した。このとき、上記ブランクの加熱温度は900℃であり、保持時間は6分であり、加熱炉から成形するまでの搬送時間は全て10秒で同様に適用した。上記のように製造された冷延鋼板について、円相当直径が0.5μm以上の炭化物の数を測定した後、その結果を下記表2に示した。上記のようにして製造された熱間成形部材について、円相当直径が0.5μm以上の炭化物の数、微細組織及び機械的物性を測定した後、その結果を下記表3及び4に示した。
Claims (19)
- 重量%で、C:0.06~0.1%、Si:0.05~0.6%、Mn:0.6~2%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.01~0.1%、Cr:0.01~0.8%、Mo:0.5%以下(0%は除く)、N:0.02%以下、残部Fe及び不可避不純物を含み、
下記関係式1で表される合金指数(alloy factor)が7以上であり、
円相当直径が0.5μm以上の炭化物が105個/mm2以下である、熱間成形用鋼材。
[関係式1]
合金指数=I(Mn)×I(Si)×I(Cr)×I(Mo)
(但し、上記関係式1において各成分に対するI値は、I(Mn)=3.34×Mn+1、I(Si)=0.7×Si+1、I(Cr)=2.16×Cr+1、I(Mo)=3×Mo+1であり、各成分に対する含量は重量%である。) - 前記鋼材は、Ni:0.5%以下、Nb:0.1%以下、Ti:0.1%以下、B:0.01%以下のうち1種以上をさらに含む、請求項1に記載の熱間成形用鋼材。
- 前記鋼材は、フェライト:50~90面積%と、パーライト:30面積%以下、ベイナイト:20面積%以下、及びマルテンサイト:20面積%以下のうち1つ以上を含む微細組織を有する、請求項1に記載の熱間成形用鋼材。
- 前記鋼材は、少なくとも一面にアルミニウム系めっき層が形成されている、請求項1に記載の熱間成形用鋼材。
- 前記アルミニウム系めっき層は、重量%で、Si:6~12%、Fe:1~4%、残部Al及び不可避不純物を含む、請求項4に記載の熱間成形用鋼材。
- 重量%で、C:0.06~0.1%、Si:0.05~0.6%、Mn:0.6~2%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.01~0.1%、Cr:0.01~0.8%、Mo:0.5%以下(0%は除く)、N:0.02%以下、残部Fe及び不可避不純物を含み、
下記関係式1で表される合金指数(alloy factor)が7以上であり、
円相当直径が0.5μm以上の炭化物が104個/mm2以下である、熱間成形部材。
[関係式1]
合金指数=I(Mn)×I(Si)×I(Cr)×I(Mo)
(但し、上記関係式1において各成分に対するI値は、I(Mn)=3.34×Mn+1、I(Si)=0.7×Si+1、I(Cr)=2.16×Cr+1、I(Mo)=3×Mo+1であり、各成分に対する含量は重量%である。) - 前記部材は、微細組織がマルテンサイト単相組織又はマルテンサイトと40面積%以下のベイナイトを含む混合組織である、請求項6に記載の熱間成形部材。
- 前記微細組織は、10面積%以下のフェライト及び5面積%以下の残留オーステナイトのうち1つ以上をさらに含む、請求項7に記載の熱間成形部材。
- 前記部材は、VDA規格(VDA238-100)に従って3点曲げ試験を行ったとき、上記3点曲げ試験で得られた荷重-変位曲線から最大荷重に達するまでの面積(CIE:Crack initiation Energy)が25000Nm以上である、請求項6に記載の熱間成形部材。
- 前記部材は、硬度偏差レベルが0.3以下である、請求項6に記載の熱間成形部材。
(但し、硬度偏差レベルは、硬度偏差を熱間成形部材の平均硬度値で除した値であり、硬度偏差は任意の地点について硬度を測定して得られた最大値と最小値との差を意味する。) - 前記部材は、降伏強度(YS):800MPa以上、引張強度(TS):1000MPa以上、伸び率(El):5%以上である、請求項6に記載の熱間成形部材。
- 重量%で、C:0.06~0.1%、Si:0.05~0.6%、Mn:0.6~2%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、Al:0.01~0.1%、Cr:0.01~0.8%、Mo:0.5%以下(0%は除く)、N:0.02%以下、残部Fe及び不可避不純物を含み、下記関係式1で表される合金指数(alloy factor)が7以上の鋼スラブを1050~1300℃で加熱する段階と、
前記加熱された鋼スラブを800~950℃で仕上げ熱間圧延して熱延鋼板を得る段階と、
前記熱延鋼板を500~700℃で巻き取る段階と、
前記巻き取られた熱延鋼板を巻取温度から400℃まで10℃/Hr以上の冷却速度で冷却する段階と、
前記冷却された熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を得る段階と、
前記冷延鋼板を400℃から焼鈍温度までの温度範囲を20℃/s以下の速度で加熱する段階と、
前記加熱された冷延鋼板を740~860℃で焼鈍する段階と、
前記焼鈍された冷延鋼板を焼鈍温度から660℃まで1℃/s以上の冷却速度で冷却する段階と、を含む、熱間成形用鋼材の製造方法。
[関係式1]
合金指数=I(Mn)×I(Si)×I(Cr)×I(Mo)
(但し、上記関係式1において各成分に対するI値は、I(Mn)=3.34×Mn+1、I(Si)=0.7×Si+1、I(Cr)=2.16×Cr+1、I(Mo)=3×Mo+1であり、各成分に対する含量は重量%である。) - 前記冷間圧延の前に、上記冷却された熱延鋼板を酸洗する段階をさらに含む、請求項12に記載の熱間成形用鋼材の製造方法。
- 前記冷間圧延時に、圧下率は30~80%である、請求項12に記載の熱間成形用鋼材の製造方法。
- 前記焼鈍時の雰囲気ガスの露点温度(Dew point)は-70~-30℃である、請求項12に記載の熱間成形用鋼材の製造方法。
- 前記焼鈍された冷延鋼板を冷却する段階の後、上記冷却された冷延鋼板をAl系めっき浴に浸漬してアルミニウム系めっき層を形成する段階をさらに含む、請求項12に記載の熱間成形用鋼材の製造方法。
- 前記Al系めっき浴は、重量%で、Si:6~12%、Fe:1~4%、残部Al及び不可避不純物を含む、請求項16に記載の熱間成形用鋼材の製造方法。
- 前記めっき層の形成時に、めっき付着量は片面基準30~130g/m2である、請求項16に記載の熱間成形用鋼材の製造方法。
- 請求項11から18のいずれか一項によって製造された熱間成形用鋼材を用いてブランクを得る段階と、
前記ブランクをAc3~980℃で加熱した後、1~1000秒間保持する段階と、
前記加熱及び保持されたブランクを熱間成形した後、常温まで冷却する段階と、を含む、熱間成形部材の製造方法。
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