JP4288216B2 - 耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板、自動車用部材及びその製造方法 - Google Patents
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本発明は、上記知見に基づいて完成されたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
(3)さらに、鋼中に質量%で、Cu:0.005〜5%、Ni:0.005〜5%の1種または2種を含有することを特徴とする前記(1)または(2)に記載の耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板。
(5)さらに、鋼中に質量%で、REM:0.0005〜0.01%、Y:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01%、Mg:0.0005〜0.01%の1種または2種以上を含有することを特徴とする前記(1)〜(4)の何れか1項に記載の耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板。
ここで、Alを主体とする金属皮膜とは、質量%で、Si:1〜15%、Mg:0.5〜10%を含有するAl系めっきを施す。めっきにはZnを1〜60%の範囲内で添加してもよい。
(1)熱間圧延前のスラブ再加熱条件と熱間圧延条件の最適化によるオーステナイト粒径の細粒化。
(2)ホットプレス法の採用による成型時の残留応力の低減。
(3)ホットプレス成形後の熱処理による脱水素処理。
これらを制御することで、耐水素脆化特性に有効な鋼材の靱性向上、残留応力の低減、および脱水素処理による初期拡散性水素濃度の低減が可能となり、部材成型後の耐水素脆化特性を向上させることができる。このためには、鋼材成分、および熱間圧延前のスラブ再加熱条件、熱間圧延の条件を制御する事が重要である。
面積率最大の相をマルテンサイトとする理由は、980MPa以上、好ましくは1200MPa以上、さらに好ましくは1500MPa以上の引張強度を得るためであり、そのためには、硬質相であるマルテンサイトを面積率で60%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは95%以上100%以下の量を素地とすることが好ましい。ただし、ここで言う面積率100%とは、当然鋼材中には不可避的不純物や介在物が存在し、厳密には100%とならないが、光学顕微鏡での観察ではこれらの不可避的不純物や介在物が認識できないレベルの大きさで存在することから、100%であるとした。
まず、本発明における鋼の化学成分の限定理由について説明する。
Cは、鋼板の強度を上昇できる元素である。特にマルテンサイトやベイナイトなどの硬質相を生成し高強度化には必須の元素であり、980MPa以上の強度を得るためには、質量%で(以下同じ)0.01%以上が必要であるが、逆に多く含有すると、脆性破壊の起点となるセメンタイトを増加させるため、水素脆性を生じ易くなる。従って、上限を0.4%とした。
Pは、粒界偏析による粒界破壊の助長をする元素であり、低い方が望ましいが、極低化は製造コスト上好ましくない。また、耐食性を劣化させる元素であるため、上限を0.1%とする。
Alは、脱酸のために0.005%以上を添加するが、添加量が増加するとアルミナ等の介在物が増加し、加工性が劣化するため4.0%を上限とする。
Nは、加工性劣化や溶接時のブローホール発生にも寄与するため少ない方が良い。0.01%を越えると加工性が劣化してくるので、0.01%を上限とする。
Cuは、強化に有効である上、自信の微細析出は遅れ破壊の向上にも寄与するため、0.005%以上の添加とした。また、過剰添加は加工性の劣化を招くことから、上限を5.0%とした。
Bは、鋼板の強度上昇に有効な元素である。しかし、0.0002%未満ではこれらの効果が得られないため、下限値を0.0002%とした。逆に、0.1%超含有すると熱間加工性が劣化するため、上限値を0.1%とした。
旧オーステナイト粒径の範囲を3〜50μmとした理由は、50μm超の粒径では旧オーステナイト粒径微細化による耐水素脆化特性向上への寄与が小さい事から上限を50μmとし、下限を3μmとした理由は、ホットプレス法による自動車部材製造時の700〜1000℃の加熱において、旧オーステナイト粒径を3μm未満とする事が製造上困難であるからである。
所定の成分に調整されたスラブを直接もしくは一旦冷却した後再加熱して熱間圧延を行う。この再加熱における加熱温度の制御が重要であり、1050℃以上1200℃未満とする事が望ましい。これは再加熱温度が高温になるとオーステナイト粒径が粗大化する事や、厚い酸化スケールが形成されるからであり、上限値を1200℃とした。一方、低温加熱では圧延抵抗が高くなってしまうため、下限値を1050℃とした。
連続焼鈍温度は低すぎると未再結晶の状態になり硬質化し、逆に高すぎると粒が粗大化し十分な耐水素脆化特性の向上が望めない事から、600℃以上950℃以下とすることが望ましい。中でも800〜850℃で焼鈍する事が最も望ましい。
熱間プレス成型の条件は、前述した条件で製造した冷延鋼板またはAlメッキ鋼板を、700〜1000℃を最高温度として昇温し、10〜6000秒保持後、速やかにプレスダイスの上に置きプレスを行う。この時の昇温速度は1〜100℃/秒とすることが好ましい。これは加熱温度が700℃より低いと、焼き入れ前の組織がオーステナイト単相とならず、フェライト+オーステナイトの2相からの焼き入れとなり、所定の強度が得られないからであり、1000℃より高いとオーステナイト粒径が粗大化し焼き入れ後の耐水素脆化特性の劣化が懸念されるからであり、昇温速度が1℃/秒より遅いと製造効率の低下が考えられ、100℃/秒より速くする事は通常の炉の昇温では不可能である。
表1に示す成分の鋼を溶製し、常法に従い連続鋳造でスラブとした。符号A〜Fが本発明に従った成分の鋼で、符号、G,Hは成分が逸脱するものである。これらの鋼を表2および表3に示す条件で加熱炉中において再加熱後、熱間圧延を行い3mm厚の熱延鋼板とした。この熱延板を50%の冷延により1.5mm厚とし、冷延鋼板およびAlめっき鋼板をそれぞれ製造した。冷延鋼板の熱履歴は、5.6℃/秒で最高加熱温度である790℃に到達後90秒保持し、40℃/秒で490℃まで冷却後300秒間保持し室温まで空冷した。また、Alめっき鋼板の温度履歴は最高加熱790℃で90秒保持後、490℃のAl浴中に浸漬し、ガスワイピングでめっき付着量を片面あたり25μmに調節した。このときのめっき組成は、主成分のAl以外に表中のSi、Cr、それに2%のFeが含まれていたが、Feは浴中の機器やストリップから供給される不可避のものである。
特許出願人 新日本製鐵株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊 他1
Claims (8)
- 質量%で、
C:0.01〜0.40%、
Si:2.0%以下、
Mn:0.01〜3.5%、
P:0.1%以下、
S:0.05%以下、
Al:0.005〜4%
N:0.01%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、ミクロ組織がマルテンサイトを面積率で最大の相とし、旧オーステナイト粒の平均粒径が3〜50μmであり、引張強度が980MPa以上であることを特徴とする耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板。 - さらに、鋼中に質量%で、
W:0.005〜5%
を含有することを特徴とする請求項1に記載の耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板。 - さらに、鋼中に質量%で、
Cu:0.005〜5%
Ni:0.005〜5%
の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板。 - さらに、鋼中に質量%で、
B:0.0002〜0.1%
を含有することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板。 - さらに、鋼中に質量%で、
REM:0.0005〜0.01%、
Y:0.0005〜0.01%、
Ca:0.0005〜0.01%、
Mg:0.0005〜0.01%
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成からなる鋼板の表面に、Alを主体とする金属皮膜を有することを特徴とする耐水素脆化特性に優れたホットプレス用鋼板。
- 鋼組織が面積率で60%以上のマルテンサイト組織を有する請求項1〜6の何れか1項に記載の鋼板を使用したことを特徴とする耐水素脆化特性に優れた自動車用部材。
- 請求項7に記載の自動車用部材を150〜700℃の温度範囲で1〜1000分熱処理することを特徴とする耐水素脆化特性に優れた自動車用部材の製造方法。
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