JP6508176B2 - ホットプレス部材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、一般的に、鋼板の強度が高くなるにつれて成形性が低下するため、高強度鋼板を素材とした自動車用部材の製造においては、成形が困難になったり、形状凍結性が悪化するなどの問題が生じていた。
例えば、特許文献3には、質量%で、C:0.12%以上0.69%以下、Si:3.0%以下、Mn:0.5%以上3.0%以下、P:0.1%以下、S:0.07%以下、Al:3.0%以下およびN:0.010%以下を含有し、Si+Alが0.7%以上を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、該部材を構成する鋼板の組織が、マルテンサイトと残留オーステナイトとベイニティックフェライトを含むベイナイトを有し、該マルテンサイトの鋼板組織全体に対する面積率が10%以上85%以下、該マルテンサイトのうち25%以上が焼戻しマルテンサイトであり、該残留オーステナイト量が5%以上40%以下、該ベイナイト中ベイニティックフェライトの鋼板組織全体に対する面積率が5%以上、鋼板組織全体に対する、該マルテンサイトの面積率、該残留オーステナイトの面積率および該ベイナイト中のベイニティックフェライトの面積率の合計が65%以上を満足し、かつ該残留オーステナイト中の平均C量が0.65%以上であることを特徴とする高強度プレス部材が開示されている。この技術によれば、熱間成形を施した後に、焼戻しを行うことによって、TSが980MPa以上の高強度と、TS×T.ELが17000(MPa・%)以上の高延性を有する高強度プレス部材が得られると記載されている。
このような問題に対して、例えば、特許文献4には、B含有量が0.0002〜0.0050質量%であり、鋼材の板厚中心部におけるビッカース硬さが350以上であり、鋼材表面から深さ40μmでのビッカース硬さが300以上であると同時に鋼材の板厚中心部におけるビッカース硬さと同時あるいはそれより低い値であるホットプレス成形焼入れ鋼材が開示されている。
また、特許文献3に記載された技術では、局部伸びについて、考慮が払われておらず、また条件によっては、熱間成形後の焼戻し工程において、部材に変形が生じる場合があった。
また、特許文献5に記載された技術では、冷延鋼板を素材として使用するとともに、ホットプレス条件を適性化することによって、旧オーステナイト平均粒径を10μm以下として靭性の向上を図っているが、鋼板への累積ひずみ量の少ない熱延鋼板を素材とする場合、旧オーステナイト粒径の細粒化が困難であり、このため、所望とする靭性を得ることが極めて困難であるという問題があった。
なお、本発明におけるホットプレス部材は、最大厚さ(例えば、一般的な断面ハット形状の部材の場合は、フランジ部の厚さ)が2.0mm以上4.0mm以下となる、いわゆる厚物のホットプレス部材である。また、かようなホットプレス部材は、板厚が2.0mm以上4.0mm以下の鋼板を用いてなるホットプレス部材である。
(B)局部伸びは、所定以上の大きさのセメンタイトの個数と相関しており、かようなセメンタイトの生成を抑制することにより、局部伸びlEl:4.0%以上を実現することができる。
(C)また、ホットプレス部材において、C濃度の高い安定な残留オーステナイトを適正量確保しつつ、所定以上の大きさのセメンタイトの生成を抑制するには、
素材とするホットプレス用鋼板のMn量を高めること、
ホットプレス用鋼板の製造過程における熱間圧延後の熱処理条件を適正に制御し、オーステナイトへのMn濃化を促進すること、および
ホットプレス時の加熱条件およびホットプレス後の熱処理条件を適正に制御すること
が重要である。
(D)Mn濃化による残留オーステナイトの生成により、マルテンサイト中のブロックが分断され、ブロックサイズが小さくなる。これにより、変形や破壊の最小組織単位と考えられるブロックが微細化し、靭性が向上する。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えた末に完成されたものである。
1.質量%で、
C:0.180%以上0.300%未満、
Mn:3.50%以上11.0%未満、
Si:0.01〜2.5%、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
Al:0.005〜0.1%および
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る成分組成を有するとともに、
体積率で70.0%以上のマルテンサイトと、体積率で3.0%以上30.0%以下の残留オーステナイトとを有し、該マルテンサイトの平均ブロックサイズが5.0μm以下であり、該残留オーステナイト中のC濃度が0.25質量%以上であり、かつ円相当直径で0.2μm以上のセメンタイトを4.2×104個/mm2以下に抑制した組織を有し、
最大厚さが2.0〜4.0mmである、
ことを特徴とするホットプレス部材。
記
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%およびMo:0.01〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
B群:Ti:0.005〜3.0%、Nb:0.005〜3.0%、V:0.005〜3.0%およびW:0.005〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
C群:REM:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01%およびMg:0.0005〜0.01%のうちから選ばれた1種または2種以上
D群:Sb:0.002〜0.03%
E群:B:0.0005〜0.05%
C:0.180%以上0.300%未満、
Mn:3.50%以上11.0%未満、
Si:0.01〜2.5%、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
Al:0.005〜0.1%および
N:0.01%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するスラブを加熱し、熱間圧延して、厚さ:2.0〜4.0mmの熱延鋼板とし、前記熱延鋼板をAc1点以上Ac3点以下の温度域に加熱したのち、該温度域で1時間以上48時間以下保持し、ついで冷却する第1の熱処理により、ホットプレス用鋼板を得て、
前記ホットプレス用鋼板を、Ac3点以上1000℃以下の温度域に加熱し、この温度域で900秒以下保持し、ついで、前記ホットプレス用鋼板に、成形用金型を用いてプレス成形および焼入れを同時に施して、ホットプレス部材を得る、
ことを特徴とするホットプレス部材の製造方法。
記
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%およびMo:0.01〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
B群:Ti:0.005〜3.0%、Nb:0.005〜3.0%、V:0.005〜3.0%およびW:0.005〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
C群:REM:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01%およびMg:0.0005〜0.01%のうちから選ばれた1種または2種以上
D群:Sb:0.002〜0.03%
E群:B:0.0005〜0.05%
そして、かようなホットプレス部材を所定の自動車用部材に適用することによって、衝突安全性をさらに高めて乗員の保護を図ることが可能となるので、産業上格段の効果を有する。
まず、本発明の一実施形態のホットプレス部材における成分組成の限定理由を以下に示す。なお、成分組成における単位はいずれも「質量%」であるが、以下、特に断らない限り単に「%」で示す。
C:0.180%以上0.300%未満
Cは、鋼の強度を増加させる元素である。このような効果を得て、引張強さTS:1500MPa以上を確保する観点から、C含有量は0.180%以上とする。一方、C含有量が0.300%以上の場合、Cによる固溶強化量が過大となり、ホットプレス部材の均一伸びuElを6.0%以上とすること、さらには引張強さTSを2300MPa未満に調整することが困難となる。よって、C含有量は0.180%以上0.300%未満とする。好ましくは0.200%以上0.285%以下である。
Mnは、鋼の強度を増加させるとともに、ホットプレス用鋼板の製造過程においてオーステナイト中に濃化し、ホットプレス部材において、残留オーステナイトの安定性を向上させる重要な元素である。このような効果を得て、ホットプレス部材の引張強さTS:1500MPa以上と、均一伸びuEl:6.0%以上とを同時に確保するためには、Mn含有量を3.50%以上とする必要がある。また、Mnは、ホットプレス部材に後熱処理を施す場合に、加熱時のセメンタイトの析出を抑制する。そして、セメンタイトの析出を抑制することによって、残留オーステナイトへのCの濃化を助長する働きがある。この点、Mn含有量が3.50%未満では、後熱処理を施す場合、後熱処理時の加熱によってセメンタイトが析出し、局部伸びを低下させる。また、Mnは焼入れ性を高める元素であるが、Mn含有量が3.50%未満では、厚さ方向のビッカース硬さのばらつきが大きくなる。一方、Mn含有量が11.0%以上の場合、Mnによる固溶強化量が過大となり、ホットプレス部材の均一伸びuElを6.0%以上とすること、さらには引張強さTSを2300MPa未満に調整することが困難となる。よって、Mn含有量は3.50%以上11.0%未満とする。好ましくは4.00%以上10.0%以下、より好ましくは4.50%以上8.00%以下、さらに好ましくは5.00%以上7.00%以下である。
Siは、固溶強化により、鋼の強度を増加させる元素である。このような効果を得るため、Si含有量は0.01%以上とする。一方、Si含有量が2.5%を超える場合、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥が発生するとともに、圧延荷重が増大する。よって、Si含有量は0.01%以上2.5%以下とする。好ましくは0.02%以上1.5%以下である。
Pは、鋼中では不可避的不純物として存在し、結晶粒界等に偏析して、ホットプレス部材の靭性を低下させるなどの悪影響を及ぼす元素である。このため、Pは、できるだけ低減することが望ましいが0.05%までは許容できる。よって、P含有量は0.05%以下とする。好ましくは0.02%以下である。ただし、過度の脱P処理は精錬コストの高騰を招くため、P含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
Sは、鋼中に不可避的に含有され、硫化物系介在物として存在してホットプレス部材の延性や靭性等を低下させる。このため、Sはできるだけ低減することが望ましいが0.05%までは許容できる。よって、S含有量は0.05%以下とする。好ましくは0.005%以下である。ただし、過度の脱S処理は精錬コストの高騰を招くため、S含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として作用する元素である。このような効果を発現させるため、Al含有量は0.005%以上とする。一方、Al含有量が0.1%を超える場合、窒素と結合して多量の窒化物が生成し、素材となるホットプレス用鋼板のブランキング加工性や焼入れ性が低下する。よって、Al含有量は0.005%以上0.1%以下とする。好ましくは0.02%以上0.05%以下である。
Nは、通常、鋼中に不可避的に含有されるが、N含有量が0.01%を超える場合、熱間圧延やホットプレスの加熱時にAlN等の窒化物が生成し、素材となるホットプレス用鋼板のブランキング加工性や焼入れ性が低下する。よって、N含有量は0.01%以下とする。好ましくは0.0030%以上0.0050%以下である。なお、とくに調整せずに、Nが不可避的に含有される場合には、N含有量は0.0025%未満程度である。また、精錬コストが増加するため、N含有量は0.0025%以上とすることが好ましい。
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%およびMo:0.01〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
Ni、Cu、CrおよびMoはいずれも、鋼の強度を増加させるとともに、焼入れ性向上に寄与する元素であり、必要に応じて1種または2種以上を選択して含有できる。このような効果を得るため、各元素の含有量は0.01%以上とする。一方、過度のコストの増加を避ける観点から、Ni、CuおよびCr含有量は5.0%以下、Mo含有量は3.0%以下とする。よって、Ni、Cu、CrおよびMoを含有する場合、これらの含有量はそれぞれ、Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%およびMo:0.01〜3.0%とする。各元素の好ましい含有量はいずれも、0.01%以上1.0%以下である。
Ti、Nb、VおよびWはいずれも、析出強化によって鋼の強度増加に寄与するとともに、結晶粒の微細化によって靭性向上にも寄与する元素であり、必要に応じて1種または2種以上を選択して含有させることができる。
ここに、Tiは、強度増加および靭性向上の効果に加え、Bよりも優先して窒化物を形成し、固溶Bによる焼入れ性を向上させる効果を有する。このような効果を得る観点から、Ti含有量は0.005%以上とする。一方、Ti含有量が3.0%を超える場合、熱間圧延時に圧延荷重が極端に増大するとともに、ホットプレス部材の靭性が低下する。よって、Tiを含有する場合、その含有量は0.005%以上3.0%以下とする。好ましくは0.01%以上1.0%以下である。
また、上記した強度増加および靭性向上の効果を得る観点から、Nb含有量は0.005%以上とする。一方、Nb含有量が3.0%を超える場合、Nb炭窒化物の量が増大し、延性や耐遅れ破壊特性が低下する。よって、Nbを含有する場合、その含有量は0.005%以上3.0%以下とする。好ましくは0.01%以上0.05%である。
Vは、強度増加および靭性向上の効果に加え、析出物や晶出物として析出し、水素のトラップサイトとして耐水素脆性を向上させる効果を有する。このような効果を得る観点から、V含有量は0.005%以上とする。一方、V含有量が3.0%を超える場合、V炭窒化物の量が顕著に増大し、延性が低下する。よって、Vを含有する場合、その含有量は0.005%以上3.0%以下とする。好ましくは0.01%以上2.0%以下である。
Wは、強度増加および靭性向上の効果に加え、耐水素脆性を向上させる効果を有する。このような効果を得る観点から、W含有量は0.005%以上とする。一方、W含有量が3.0%を超える場合、延性が低下する。よって、Wを含有する場合、その含有量は0.005%以上3.0%以下とする。好ましくは0.01%以上2.0%以下である。
REM、CaおよびMgは、いずれも介在物の形態制御によって、延性や耐水素脆性を向上させる元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有させることができる。このような効果を得る観点から、各元素の含有量は0.0005%以上とする。一方、熱間加工性を低下させない観点から、REM含有量およびCa含有量は0.01%以下とする。また、粗大な酸化物や硫化物の生成により延性を低下させない観点から、Mg含有量は0.01%以下とする。よって、REM、CaおよびMgを含有する場合、これらの含有量はそれぞれ、REM:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01%およびMg:0.0005〜0.01%とする。各元素の好ましい含有量はいずれも、0.0006%以上0.01%以下である。
Sbは、鋼板の加熱および冷却に際し、鋼板表層における脱炭層の形成を抑制するため、必要に応じて含有させることができる。このような効果を得る観点から、Sb含有量は0.002%以上とする。一方、Sb含有量が0.03%を超える場合、圧延荷重の増大を招き、生産性を低下させる。よって、Sbを含有する場合、その含有量は0.002%以上0.03%以下とする。好ましくは0.002%以上0.02%以下である。
Bは、ホットプレス時の焼入れ性向上やホットプレス後の靭性向上に寄与するため、必要に応じて含有させることができる。このような効果を得る観点から、B含有量は0.0005%以上とする。一方、B含有量が0.05%を超える場合、熱間圧延時の圧延荷重の増加や、熱間圧延後にマルテンサイトやベイナイトが生じることによって、鋼板に割れが生じる場合がある。よって、Bを含有する場合、その含有量は0.0005%以上0.05%以下とする。好ましくは0.0005%以上0.01%以下である。
ホットプレス部材において引張強さTS:1500MPa以上を確保するためには、マルテンサイトを主相とし、体積率で70.0%以上とする必要がある。好ましくは80.0%以上である。なお、マルテンサイトの体積率は、所望量の残留オーステナイトを含有するために、97.0%以下となる。
残留オーステナイトは、変形時のTRIP効果(変態誘起塑性)により均一伸びを高める重要な組織である。ここで、均一伸びuEl:6.0%以上を実現するためには、体積率で3.0%以上の残留オーステナイトを含有させる必要がある。一方、残留オーステナイトの体積率が30.0%を超えると、TRIP効果を発現した後に変態した硬質なマルテンサイトが多くなりすぎて、靭性が低下する。よって、残留オーステナイトの体積率は、3.0%以上30.0%以下とする。好ましくは5.0%以上20.0%以下である。
まず、ホットプレス部材のハット天板部から、X線回折用試験片を切り出し、肉厚1/4面が測定面となるように機械研磨、化学研磨を施したのち、X線回折を行う。入射X線にはCoKα線を使用し、残留オーステナイト(γ)の{200}面、{220}面、{311}面のピークの積分強度と、フェライト(α)の{200}面、{211}面のピークの積分強度を測定する。α{200}-γ{200}、α{200}-γ{220}、α{200}-γ{311}、α{211}-γ{200}、α{211}-γ{220}、α{211}-γ{311}の計6通りについて、積分強度比から求まる残留γ体積率をそれぞれ算出する。これらの平均値を「残留オーステナイトの体積率」とする。
そして、「マルテンサイトの体積率」を、100%から上記した「残留オーステナイトの体積率」、「セメンタイトの体積率」および「マルテンサイト、残留オースナイトおよびセメンタイト以外の残部組織の体積率」を減じることにより、求める。
マルテンサイトのブロック境界は破壊経路となるため、マルテンサイトのブロックサイズの微細化は靭性の向上に働く。この点、厚物のホットプレス部材において所望とする靭性を確保するためには、マルテンサイトの平均ブロックサイズを5.0μm以下とする必要がある。好ましくは4.0μm以下である。なお、下限については特に限定されるものではないが、通常1.5μm以上である。
すなわち、採取した組織観察試験片の観察面を研磨したのち、板厚1/4となる位置で40μm×30μmの領域についてステップサイズ0.05μmで測定してEBSD(Electron Back-Scattering Pattern)解析を行った。ピクセル間の方位差15度以上を大角粒界とし、これに囲まれる領域をブロック単位とみなした。そして、それぞれのブロックについて円相当直径によりブロックサイズを算出し、これらの平均値を平均ブロックサイズとした。なお、EBSD解析には、TSL社製OIM systemを使用した。
また、残留オーステナイト中のC濃度は0.25質量%以上とする必要がある。というのは、残留オーステナイト中のC濃度が0.25質量%未満の場合、均一伸びに有効な残留オーステナイトが十分に生成せず、6.0%以上の均一伸びが得られない。よって、残留オーステナイト中のC濃度は0.25質量%以上とする。好ましくは0.30質量%以上1.20質量%以下である。
すなわち、残留オーステナイト中のC濃度は、上記したX線回折強度測定でのオーステナイトの{200}面、{220}面、{311}面の各強度ピークから格子定数を求め、次の計算式から残留オーステナイト中のC濃度(質量%)を求める。
a0=0.3580+0.0033×[C%]
ただし、a0は格子定数(nm)、[C%]は残留オーステナイト中のC濃度(質量%)である。
セメンタイトは、変形時のボイドの起点となり、特に、円相当直径で0.2μm以上のセメンタイトの個数が、局部伸びに大きく影響する。ここで、円相当直径で0.2μm以上のセメンタイトの個数が4.2×104個/mm2を超えると、変形時に生成するボイドが増えるため、所望とする局部伸びを得ることができない。よって、円相当直径で0.2μm以上のセメンタイトは、4.2×104個/mm2以下に抑制するものとする。好ましくは3.5×104個/mm2以下である。なお、下限は特に限定されるものではないが、通常、1.0×104個/mm2程度である。
なお、円相当直径で0.2μm未満のセメンタイトは、粒径が小さいために局部伸びに大きな影響を及ぼさないので、ここで対象とするセメンタイトは円相当直径で0.2μm以上のものに限定した。
すなわち、ホットプレス部材の組織の体積率に使用した組織写真から、画像解析により、セメンタイトと同定した相のみを抽出する。そして、それぞれのセメンタイトの面積から円相当直径を算出し、円相当直径が0.2μm以上のセメンタイトの個数を数え、1mm×1mmあたりの個数を算出する。
なお、Al系めっき層としては、Al−10質量%Siめっきなどが挙げられる。
本発明のホットプレス部材の製造方法は、上記した成分組成を有するスラブを加熱し、熱間圧延して、厚さ:2.0〜4.0mmの熱延鋼板を得る工程と、前記熱延鋼板をAc1点以上Ac3点以下の温度域に加熱したのち、該温度域で1時間以上48時間以下保持し、ついで冷却して、ホットプレス用鋼板を得る熱延板焼鈍工程と、前記ホットプレス用鋼板を、Ac3点以上1000℃以下の温度に加熱し、この温度で900秒以下保持する、ホットプレス加熱工程と、ついで、前記ホットプレス用鋼板に、成形用金型を用いてプレス成形および焼入れを同時に施して、ホットプレス部材を得るホットプレス成形工程と、を有するものである。
熱延鋼板を得る工程は、厚さ:2.0〜4.0mmの熱延鋼板とすれば、特に限定されず、定法に従えばよい。
例えば、上記の成分組成を有する溶鋼を、転炉等で溶製し、マクロ偏析を防止するために連続鋳造法でスラブとすることが好ましい。なお、連続鋳造法に代えて、造塊法、あるいは薄スラブ連鋳法を用いてもよい。
なお、スラブは、一旦、室温まで冷却されたのち、再加熱のため加熱炉に装入される。ただし、スラブを室温まで冷却することなく、温片のまま加熱炉に装入するプロセスや、スラブを短時間保熱した後、ただちに熱間圧延するプロセスなどの省エネルギープロセスも適用できる。
また、仕上げ圧延について、上記した以外の条件は特に限定されるものではないが、950℃以上の温度域での累積圧下率を40%以上とすることが好ましい。950℃以上の温度域での累積圧下率が高くなると、オーステナイトの再結晶が進行して結晶粒が微細化する。オーステナイトの微細化は、最終的に得られるホットプレス部材のマルテンサイトのブロックサイズを小さくして、靱性を向上させる。より好ましくは60%以上である。
ついで、上記熱延鋼板をAc1点以上Ac3点以下の温度域に加熱したのち、該温度域で1時間以上48時間以下保持し、ついで冷却することにより、ホットプレス用鋼板を得る。この熱処理は、オーステナイトにMnを濃化させるものであり、残留オーステナイトを適正量確保して、均一伸びuEl:6.0%以上を実現したホットプレス部材を製造するために重要なプロセスである。
オーステナイトにMnを濃化させるには、熱延鋼板を、フェライト−オーステナイト二相温度域に加熱することが重要である。Mnが濃化したオーステナイトは、マルテンサイト変態終了温度が室温以下となり、このため、残留オーステナイトが生成しやすくなる。ここで、加熱温度がAc1点未満では、オーステナイトが生成せず、Mnをオーステナイトへ濃化させることができない。一方、加熱温度がAc3点を超えると、オーステナイト単相温度域となり、オーステナイトへのMn濃化が生じない。よって、加熱温度はAc1点以上Ac3点以下とする。好ましくは(Ac1点+20℃)以上(Ac3点−20℃)以下とする。
Ac1点(℃)=751−16C+11Si−28Mn−5.5Cu−16Ni+13Cr+3.4Mo
Ac3点(℃)=910−203C1/2+44.7Si−4Mn+11Cr
ここで、式中のC、Si、Mn、Cu、Ni、CrおよびMoは、各元素の含有量(質量%)であり、上記元素が含有されていない場合には、当該元素の含有量は零として算出するものとする。
オーステナイトへのMnの濃化は、Ac1点以上Ac3点以下の温度域での保持時間の経過に伴い進行する。保持時間が1時間未満では、Mnのオーステナイトへの濃化が不十分で、所望の均一伸びが得られない。一方、保持時間が48時間を超えると、パーライトが生成し、やはり所望の均一伸びが得られない。よって、保持時間は1時間以上48時間以下とする。好ましくは1.5時間以上24時間以下である。より好ましくは2時間以上10時間以下である。
バッチ焼鈍炉での処理条件は、上記した条件以外は特に限定されないが、例えば、平均加熱速度は10℃/時間以上150℃/時間以下とし、保持後の平均冷却速度は10℃/時間以上150℃/時間以下とすることが、Mn濃化の観点からは好ましい。
ここで、「第2相」とは、フェライト以外の残部組織(残留オーステナイト、マルテンサイト、パーライト、ベイナイト)である。ここに、Mns/Mnαが1.2未満になると、オーステナイトへのMn濃化が不十分であり、ホットプレス部材において十分な均一伸びを得ることが困難となる。
すなわち、ホットプレス用鋼板から、圧延方向に平行で、かつ圧延面に垂直な面が観察面となるように、組織観察用試験片を採取する。観察面を研磨し、3vol.%ナイタール液で腐食して組織を現出し、板厚1/4となる位置の組織をEPMA(Electron Probe Micro Analyzer;電子プローブマイクロアナライザ)で観察し、フェライトおよび第2相のそれぞれ30粒子についてMnの定量分析を行う。Mnの定量分析結果から、フェライトおよび第2相の各結晶粒のMn濃度をそれぞれ平均し、その平均値をMnαおよびMnsとした。そして、MnsをMnαで除した値をMns/Mnαとする。
なお、ここで、比較的平滑な面で黒く観察される相はフェライトとし、それ以外の相(例えば、フェライトとセメンタイトが層状に形成した相をパーライトと、ラス間に炭化物が生成した相および粒内に炭化物を有しないベイニティックフェライトで構成される相をベイナイト)を第2相として同定する。
また、上記のようにして得られたホットプレス用鋼板の表面にめっき層を形成してもよい。上述したように、表面にめっき層が形成されていないホットプレス用鋼板を素材とする場合、ホットプレス後に、ホットプレス部材にショットブラストなどのスケール剥離処理を行う必要があるが、ホットプレス用鋼板の表面にめっき層を形成する場合、ホットプレスの加熱時にスケール生成が抑制されるため、ホットプレス後のスケール剥離処理が不要となり、生産性が向上する。
なお、ホットプレス用鋼板のめっき層の付着量は、片面あたりで10〜90g/m2とすることが好ましく、30〜70g/m2とすることがより好ましい。付着量が10g/m2以上とすれば、加熱時のスケール生成を抑制する効果が十分に得られ、付着量が90g/m2以下であれば、生産性が阻害されないからである。めっき層の成分については上述のとおりである。
上記のようにして得たホットプレス用鋼板を、Ac3点以上1000℃以下の温度域に加熱し、この温度域で900秒以下保持する。
加熱温度がオーステナイト単相域であるAc3点よりも低いと、オーステナイト化が不十分となり、ホットプレス部材において所望のマルテンサイト量を確保できず、所望の引張強さを得られない。
一方、加熱温度が1000℃を超えると、オーステナイトに濃化したMnが均一化され、所望の残留オーステナイト量を確保できず、所望の均一伸びが得られない。
よって、加熱温度はAc3点以上1000℃以下とすることが好ましい。より好ましくは、(Ac3点+30)℃以上950℃以下とする。
保持時間の経過に伴い、濃化されたMnが周囲に拡散し均一化される。そのため、保持時間が900秒を超えると、所望の残留オーステナイト量を確保できず、所望の均一伸びが得られない。よって、保持時間は900秒以下とする。好ましくは10秒以上600秒以下である。また、上記の加熱温度の到達後、直ちに、加熱を終了してもよい。
ホットプレス成形工程では、上記のホットプレス加熱工程を経たホットプレス用鋼板に、成形用金型を用いてプレス成形および焼入れを同時に施して、所定形状のホットプレス部材を得る。ここで、「ホットプレス成形」は、加熱された鋼板を金型でプレス成形すると同時に急冷する工法であり、「熱間成形」、「ホットスタンプ」、「ダイクエンチ」などとも称される。
金型からの取出し時間と、取出し後の冷却速度についても、特に限定されない。冷却方法としては、例えば、パンチ金型を下死点にて1〜60秒間保持し、ダイ金型とパンチ金型を用いてプレス部材を冷却する。その後、金型からプレス部材を取り出し、冷却する。金型内、また、金型から取り出し後の冷却は、ガスや液体などの冷媒による冷却方法を組み合わせることができ、それによって生産性を向上させることもできる。
また、上記のホットプレス成形工程で作製されたホットプレス部材に、さらに第2の熱処理(後熱処理)を施してもよい。以下、第2の熱処理の条件について、説明する。
第2の熱処理では、残留オーステナイトにCを濃化させて、残留オーステナイトを安定化させる。また、マルテンサイトを焼戻すことによって、局部伸びの一層の向上を図ることが可能となる。
この点、熱処理温度が250℃未満では、マルテンサイトの焼戻しが十分に行われず、却って所望の局部伸びが得られなくなる。また、熱処理温度が550℃を超えると、残留オーステナイトがフェライトとセメンタイトに分解し、所望の均一伸びが得られなくなる。
よって、第2の熱処理を施す場合、熱処理温度は250℃以上550℃以下とする。好ましくは275℃以上500℃以下である。
熱処理時間が60秒未満では、マルテンサイトの焼戻しが十分に行われず、所望の局部伸びが得られない。よって、後熱処理を施す場合、熱処理時間は60秒以上とする。好ましくは80秒以上である。なお、上限については、生産性の観点から、好ましくは2400秒以下である。
ついで、得られたホットプレス部材に、さらに表3および表6に示す条件で、第2の熱処理を施した。
なお、ホットプレス部材の硬さの代表値として、厚さ1/4位置における硬さを表3および6に併記している。
Claims (11)
- 質量%で、
C:0.180%以上0.300%未満、
Mn:3.50%以上11.0%未満、
Si:0.01〜2.5%、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
Al:0.005〜0.1%および
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る成分組成を有するとともに、
体積率で70.0%以上のマルテンサイトと、体積率で3.0%以上30.0%以下の残留オーステナイトとを有し、該マルテンサイトの平均ブロックサイズが5.0μm以下であり、該残留オーステナイト中のC濃度が0.25質量%以上であり、かつ円相当直径で0.2μm以上のセメンタイトを4.2×104個/mm2以下に抑制した組織を有し、
最大厚さが2.0〜4.0mmであり、
引張強さTS:1500MPa以上、均一伸びuEl:6.0%以上および局部伸びlEl:4.0%以上であり、厚さ方向のビッカース硬さの標準偏差が20以下であり、-40℃におけるシャルピー衝撃試験値が30J/cm 2 以上である、
ことを特徴とするホットプレス部材。 - 前記成分組成がさらに、質量%で、下記A〜E群のうちから選ばれた1群または2群以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のホットプレス部材。
記
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%およびMo:0.01〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
B群:Ti:0.005〜3.0%、Nb:0.005〜3.0%、V:0.005〜3.0%およびW:0.005〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
C群:REM:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01%およびMg:0.0005〜0.01%のうちから選ばれた1種または2種以上
D群:Sb:0.002〜0.03%
E群:B:0.0005〜0.05% - 表面にめっき層を有することを特徴とする請求項1または2に記載のホットプレス部材。
- 前記めっき層が、Zn系めっき層またはAl系めっき層であることを特徴とする請求項3に記載のホットプレス部材。
- 前記Zn系めっき層が、Ni:10〜25質量%を含むことを特徴とする請求項4に記載のホットプレス部材。
- 体積率で70.0%以上のマルテンサイトと、体積率で3.0%以上30.0%以下の残留オーステナイトとを有し、該マルテンサイトの平均ブロックサイズが5.0μm以下であり、該残留オーステナイト中のC濃度が0.25質量%以上であり、かつ円相当直径で0.2μm以上のセメンタイトを4.2×10 4 個/mm 2 以下に抑制した組織を有し、
最大厚さが2.0〜4.0mmであり、
引張強さTS:1500MPa以上、均一伸びuEl:6.0%以上および局部伸びlEl:4.0%以上であり、厚さ方向のビッカース硬さの標準偏差が20以下であり、-40℃におけるシャルピー衝撃試験値が30J/cm 2 以上である、ホットプレス部材を製造する、ホットプレス部材の製造方法であって、
質量%で、
C:0.180%以上0.300%未満、
Mn:3.50%以上11.0%未満、
Si:0.01〜2.5%、
P:0.05%以下、
S:0.05%以下、
Al:0.005〜0.1%および
N:0.01%以下
を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するスラブを加熱し、熱間圧延して、厚さ:2.0〜4.0mmの熱延鋼板とし、前記熱延鋼板をAc1点以上Ac3点以下の温度域に加熱したのち、該温度域で1時間以上48時間以下保持し、ついで冷却する第1の熱処理により、ホットプレス用鋼板を得て、
前記ホットプレス用鋼板を、Ac3点以上1000℃以下の温度域に加熱し、この温度域で900秒以下保持し、ついで、前記ホットプレス用鋼板に、成形用金型を用いてプレス成形および焼入れを同時に施して、ホットプレス部材を得て、
さらに、前記ホットプレス部材を、250℃以上550℃以下の温度域に加熱したのち、該温度域で60秒以上保持する、第2の熱処理を施す、
ことを特徴とするホットプレス部材の製造方法。 - 前記成分組成がさらに、質量%で、下記A〜E群のうちから選ばれた1群または2群以上を含有することを特徴とする請求項6に記載のホットプレス部材の製造方法。
記
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%およびMo:0.01〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
B群:Ti:0.005〜3.0%、Nb:0.005〜3.0%、V:0.005〜3.0%およびW:0.005〜3.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
C群:REM:0.0005〜0.01%、Ca:0.0005〜0.01%およびMg:0.0005〜0.01%のうちから選ばれた1種または2種以上
D群:Sb:0.002〜0.03%
E群:B:0.0005〜0.05% - 前記ホットプレス用鋼板を加熱する前に、前記ホットプレス用鋼板の表面にめっき層を形成することを特徴とする請求項6または7に記載のホットプレス部材の製造方法。
- 前記めっき層が、Zn系めっき層またはAl系めっき層であることを特徴とする請求項8に記載のホットプレス部材の製造方法。
- 前記Zn系めっき層が、Ni:10〜25質量%を含むことを特徴とする請求項9に記載のホットプレス部材の製造方法。
- 前記めっき層の付着量が、片面あたり10〜90g/m2であることを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載のホットプレス部材の製造方法。
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