JP6202096B2 - 熱処理鋼材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
質量%で、
C:0.16%〜0.38%、
Mn:0.6%〜1.5%、
Cr:0.4%〜2.0%、
Ti:0.01%〜0.10%、
B:0.001%〜0.010%、
Si:0.20%以下、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
N:0.01%以下、
Ni:0%〜2.0%、
Cu:0%〜1.0%、
Mo:0%〜1.0%、
V:0%〜1.0%、
Al:0%〜1.0%、
Nb:0%〜1.0%、
REM:0%〜0.1%、
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
残留オーステナイト及びマルテンサイトの両方を含み、
残留オーステナイト:1.5体積%以下、
残部:マルテンサイト
で表される組織を有することを特徴とする熱処理鋼材。
前記化学組成において、C:0.16〜0.25%であることを特徴とする(1)に記載の熱処理鋼材。
前記化学組成において、Mn:0.6%〜1.2%であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の熱処理鋼材。
(4)
降伏比:0.70以上
で表される機械特性を有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の熱処理鋼材。
前記化学組成において、
Ni:0.1%〜2.0%、
Cu:0.1%〜1.0%、
Mo:0.1%〜1.0%、
V:0.1%〜1.0%、
Al:0.01%〜1.0%、
Nb:0.01%〜1.0%、若しくは
REM:0.001%〜0.1%、
又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の熱処理鋼材。
鋼板をAc3点以上の温度域に加熱する工程と、
次いで、前記鋼板を臨界冷却速度以上の冷却速度でMs点まで冷却する工程と、
次いで、前記鋼板をMs点から100℃まで35℃/秒以上の平均冷却速度で冷却する工程と、
を有する熱処理鋼材の製造方法であって、
前記鋼板は、
質量%で、
C:0.16%〜0.38%、
Mn:0.6%〜1.5%、
Cr:0.4%〜2.0%、
Ti:0.01%〜0.10%、
B:0.001%〜0.010%、
Si:0.20%以下、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
N:0.01%以下、
Ni:0%〜2.0%、
Cu:0%〜1.0%、
Mo:0%〜1.0%、
V:0%〜1.0%、
Al:0%〜1.0%、
Nb:0%〜1.0%、
REM:0%〜0.1%、
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
前記熱処理鋼材は、
残留オーステナイト及びマルテンサイトの両方を含み、
残留オーステナイト:1.5体積%以下、
残部:マルテンサイト
で表される組織を有することを特徴とする熱処理鋼材の製造方法。
前記化学組成において、C:0.16〜0.25%であることを特徴とする(6)に記載の熱処理鋼材の製造方法。
前記化学組成において、Mn:0.6%〜1.2%であることを特徴とする(6)又は(7)に記載の熱処理鋼材の製造方法。
(9)
前記化学組成において、
Ni:0.1%〜2.0%、
Cu:0.1%〜1.0%、
Mo:0.1%〜1.0%、
V:0.1%〜1.0%、
Al:0.01%〜1.0%、
Nb:0.01%〜1.0%、若しくは
REM:0.001%〜0.1%、
又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする(6)〜(8)のいずれかに記載の熱処理鋼材の製造方法。
前記鋼板をAc3点以上の温度域に加熱してから前記鋼板の温度がMs点に達するまでの間に成形を行う工程を有することを特徴とする(6)〜(9)のいずれかに記載の熱処理鋼材の製造方法。
Cは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を高め、熱処理鋼材の強度を主に決定する非常に重要な元素である。C含有量が0.16%未満では、熱処理鋼材の強度が十分なものとならない。従って、C含有量は0.16%以上とする。C含有量が0.38%超では、熱処理鋼材の強度が高くなり過ぎて、靱性の劣化が著しくなる。従って、C含有量は0.38%以下とする。C含有量は好ましくは0.36%以下である。
Mnは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を向上し、熱処理鋼材の強度の安定した確保を可能にする作用を有する。Mn含有量が0.6%未満では、上記作用による効果が十分には得られないことがある。従って、Mn含有量は0.6%以上とする。Mn含有量が1.5%超では、偏析が著しくなるため、機械的特性の均一性が低下し、靱性が劣化する。従って、Mn含有量は1.5%以下とする。Mn含有量は好ましくは1.3%以下である。
Crは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を向上し、熱処理鋼材の強度の安定した確保を可能にする作用を有する。Cr含有量が0.4%未満では、上記作用による効果が十分には得られないことがある。従って、Cr含有量は0.4%以上とする。Cr含有量が2.0%超では、Crが熱処理用の鋼板中の炭化物に濃化して、焼入れ性が低下する。Crの濃化に伴って、焼入れのための加熱の際に炭化物の固溶が遅延するためである。従って、Cr含有量は2.0%以下とする。Cr含有量は好ましくは1.0%以下である。
Tiは、熱処理鋼材の靱性を大きく向上させる作用を有する。すなわち、Tiは、焼入れのためのAc3点以上の温度での熱処理の際に、再結晶を抑制し、更に微細な炭化物を形成してオーステナイトの粒成長を抑制する。粒成長の抑制により、細かいオーステナイト粒が得られ、靱性が大きく向上する。Tiは、熱処理用の鋼板中のNと優先的に結合することで、BNの析出によりBが消費されることを抑制するという作用も有する。後述のように、Bは焼入れ性を向上する作用を有するため、Bの消費の抑制により、Bによる焼入れ性の向上の効果を確実に得ることができる。Ti含有量が0.01%未満では、上記作用による効果が十分には得られないことがある。従って、Ti含有量は0.01%以上とする。Ti含有量が0.10%超では、TiCの析出量が増加してCが消費されるため、十分な強度が得られないことがある。従って、Tiの含有量は0.10%以下とする。Ti含有量は好ましくは0.08%以下である。
Bは、熱処理用の鋼板の焼入れ性を著しく高める作用を有する非常に重要な元素である。Bは、粒界に偏析することで、粒界を強化して靱性を高める作用も有する。Bは、Tiと同様に、オーステナイトの粒成長を抑制して靱性を向上する作用も有する。B含有量が0.001%未満では、上記作用による効果が十分には得られないことがある。従って、B含有量は0.001%以上とする。B含有量が0.010%超では、粗大な硼化物が多く析出し、靱性が劣化する。従って、B含有量は0.010%以下とする。B含有量は好ましくは0.006%以下である。
Siは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Siは、残留オーステナイトの増加に伴う降伏強度の低下を引き起こす。また、Si含有量が高いほど、オーステナイト変態が生じる温度が高くなる。この温度が高いほど、焼入れのための加熱に要するコストが上昇したり、加熱不足に伴う焼入れ不足が生じやすくなったりする。更に、Si含有量が高いほど、熱処理用の鋼板のぬれ性及び合金化処理性が低下するため、溶融めっき処理及び合金化処理の安定性が低下する。このため、Si含有量は低ければ低いほどよい。特にSi含有量が0.20%超で、降伏強度の低下が顕著となる。従って、Si含有量は0.20%以下とする。Si含有量は好ましくは0.15%以下である。
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Pは、熱処理鋼材の靱性を劣化させる。このため、P含有量は低ければ低いほどよい。特にP含有量が0.05%超で、靱性の低下が顕著となる。従って、P含有量は0.05%以下とする。P含有量は好ましくは0.005%以下である。
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Sは、熱処理鋼材の靱性を劣化させる。このため、S含有量は低ければ低いほどよい。特にS含有量が0.05%超で、靱性の低下が顕著となる。従って、S含有量は0.05%以下とする。S含有量は好ましくは0.02%以下である。
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Nは、粗大な窒化物の形成に寄与し、熱処理鋼材の局部変形能及び靭性を劣化させる。このため、N含有量は低ければ低いほどよい。特にN含有量が0.01%超で、局部変形能及び靱性の低下が顕著となる。従って、N含有量は0.01%以下とする。なお、N含有量を0.0008%未満まで低下させるためには相当なコストを要し、0.0002%未満まで低下させるためには更に莫大なコストを要することがある。
Ni、Cu、Mo、V、Al、Nb及びREMは、熱処理用の鋼板の焼入れ性及び/又は靱性を向上する作用を有する。従って、これらの元素からなる群から選択された1種又は任意の組み合わせが含有されていてもよい。しかし、Ni含有量が2.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Ni含有量は2.0%以下とする。Cu含有量が1.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Cu含有量は1.0%以下とする。Mo含有量が1.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Mo含有量は1.0%以下とする。V含有量が1.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、V含有量は1.0%以下とする。Al含有量が1.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Al含有量は1.0%以下とする。Nb含有量が1.0%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、Nb含有量は1.0%以下とする。REM含有量が0.1%超では、上記作用による効果が飽和し、徒にコストが上昇するだけである。従って、REM含有量は0.1%以下とする。上記作用による効果を確実に得るために、Ni含有量、Cu含有量、Mo含有量及びV含有量は、いずれも好ましくは0.1%以上であり、Al含有量及びNb含有量は、いずれも好ましくは0.01%以上であり、REM含有量は好ましくは0.001%以上である。つまり、「Ni:0.1%〜2.0%」、「Cu:0.1%〜1.0%」、「Mo:0.1%〜1.0%」、「V:0.1%〜1.0%」、「Al:0.01%〜1.0%」、「Nb:0.01%〜1.0%」、若しくは「REM:0.001%〜0.1%」、又はこれらの任意の組み合わせが満たされることが好ましい。REMは、例えばFe−Si−REM合金を使用して溶鋼に添加され、この合金には、例えば、Ce、La、Nd、Prが含まれる。
残留オーステナイトは、必須の組織ではなく、熱処理鋼材の組織に不可避的に含まれてしまう。そして、上記のように、残留オーステナイトは降伏強度の低下を引き起こし、残留オーステナイトの体積率が高いほど降伏強度が低くなる。特に残留オーステナイトが1.5体積%超で、降伏強度の低下が顕著となり、熱処理鋼材のバンパーレインフォース及びセンターピラー等への適用が困難となる。従って、残留オーステナイトの体積率は1.5体積%以下とする。
第1の実験では、表1に示す化学組成を有する厚さが1.4mmの冷延鋼板を熱処理用鋼板として製造した。これらの鋼板は、実験室にて溶製したスラブの熱間圧延及び冷間圧延により製造した。表1中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。
第2の実験では、表3に示す化学組成を有する厚さが1.4mmの冷延鋼板を熱処理用鋼板として製造した。これらの鋼板は、実験室にて溶製したスラブの熱間圧延及び冷間圧延により製造した。表3中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。
Claims (10)
- 質量%で、
C:0.16%〜0.38%、
Mn:0.6%〜1.5%、
Cr:0.4%〜2.0%、
Ti:0.01%〜0.10%、
B:0.001%〜0.010%、
Si:0.20%以下、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
N:0.01%以下、
Ni:0%〜2.0%、
Cu:0%〜1.0%、
Mo:0%〜1.0%、
V:0%〜1.0%、
Al:0%〜1.0%、
Nb:0%〜1.0%、
REM:0%〜0.1%、
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
残留オーステナイト及びマルテンサイトの両方を含み、
残留オーステナイト:1.5体積%以下、
残部:マルテンサイト
で表される組織を有することを特徴とする熱処理鋼材。 - 前記化学組成において、C:0.16〜0.25%であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理鋼材。
- 前記化学組成において、Mn:0.6%〜1.2%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱処理鋼材。
- 降伏比:0.70以上
で表される機械特性を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱処理鋼材。 - 前記化学組成において、
Ni:0.1%〜2.0%、
Cu:0.1%〜1.0%、
Mo:0.1%〜1.0%、
V:0.1%〜1.0%、
Al:0.01%〜1.0%、
Nb:0.01%〜1.0%、若しくは
REM:0.001%〜0.1%、
又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の熱処理鋼材。 - 鋼板をAc3点以上の温度域に加熱する工程と、
次いで、前記鋼板を臨界冷却速度以上の冷却速度でMs点まで冷却する工程と、
次いで、前記鋼板をMs点から100℃まで35℃/秒以上の平均冷却速度で冷却する工程と、
を有する熱処理鋼材の製造方法であって、
前記鋼板は、
質量%で、
C:0.16%〜0.38%、
Mn:0.6%〜1.5%、
Cr:0.4%〜2.0%、
Ti:0.01%〜0.10%、
B:0.001%〜0.010%、
Si:0.20%以下、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
N:0.01%以下、
Ni:0%〜2.0%、
Cu:0%〜1.0%、
Mo:0%〜1.0%、
V:0%〜1.0%、
Al:0%〜1.0%、
Nb:0%〜1.0%、
REM:0%〜0.1%、
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
前記熱処理鋼材は、
残留オーステナイト及びマルテンサイトの両方を含み、
残留オーステナイト:1.5体積%以下、
残部:マルテンサイト
で表される組織を有することを特徴とする熱処理鋼材の製造方法。 - 前記化学組成において、C:0.16〜0.25%であることを特徴とする請求項6に記載の熱処理鋼材の製造方法。
- 前記化学組成において、Mn:0.6%〜1.2%であることを特徴とする請求項6又は7に記載の熱処理鋼材の製造方法。
- 前記化学組成において、
Ni:0.1%〜2.0%、
Cu:0.1%〜1.0%、
Mo:0.1%〜1.0%、
V:0.1%〜1.0%、
Al:0.01%〜1.0%、
Nb:0.01%〜1.0%、若しくは
REM:0.001%〜0.1%、
又はこれらの任意の組み合わせが成り立つことを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の熱処理鋼材の製造方法。 - 前記鋼板をAc3点以上の温度域に加熱してから前記鋼板の温度がMs点に達するまでの間に成形を行う工程を有することを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の熱処理鋼材の製造方法。
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