JP6620465B2 - ホットスタンプ用鋼板 - Google Patents

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本発明は、ホットスタンプ用鋼板およびその製造方法、ならびにホットスタンプ鋼板部材に関し、具体的には、1.8GPa〜2.5GPaの引張強度を有するホットスタンプ鋼板部材と、その素材である、例えば自動車用薄板鋼板として好適なホットスタンプ用鋼板ならびにその製造方法とに関する。
近年、自動車の軽量化のため、車体に使用する鋼材の高強度化を図り、使用重量を減ずる努力が進められている。自動車に広く使用される薄鋼板は、強度の増加に伴い、プレス成形性が低下し、複雑な形状を製造することが困難になる。具体的には、延性が低下し、加工度が高い部位で破断したり、あるいは、スプリングバックや壁反りが大きくなって寸法精度が劣化する、といった問題が発生する。したがって、高強度、特に780MPa級以上の引張強度(以下、「TS」ともいう。)を有する鋼板を用いて、プレス成形により部品を製造することは容易ではない。
一方、特許文献1に開示されるように、加熱した鋼板をプレス成形することによりホットスタンプ鋼板部材を製造するホットスタンプ法(熱間プレス法ともいう)では、成形時の鋼板は高温、軟質かつ高延性になっているため、複雑な形状のホットスタンプ鋼板部材を寸法精度よく成形することが可能である。さらに、ホットスタンプ法によれば、鋼板をオーステナイト単相域に加熱した後に金型内で急冷(焼入れ)することによって、マルテンサイト変態によるホットスタンプ鋼板部材の高強度化を同時に達成できる。したがって、ホットスタンプ法は、ホットスタンプ鋼板部材の高強度化と成形性とを同時に達成できる優れた成形方法である。
また、特許文献2には、室温で予め所定の形状に成形した後にオーステナイト域に加熱し、金型内で急冷することによって、ホットスタンプ鋼板部材の高強度化を達成する予プレスクエンチ法が開示されている。ホットスタンプ法の一態様であるこの予プレスクエンチ法は、金型により被成形材を拘束して熱歪による変形を抑制することができるので、ホットスタンプ鋼板部材の高強度化と高い寸法精度とを同時に確保することができる優れた成形方法である。
このようにホットスタンプ法は、優れた成形方法であることから、近年ではその適用が拡大するとともに、ホットスタンプ法に関する研究が一段と推進されている。これまでのホットスタンプ用鋼板は、引張強度1470MPa級のホットスタンプ鋼板部材を提供するものが主流であるが、近年ではホットスタンプ鋼板部材のさらなる軽量化が求められている。
このため、例えば特許文献3には、質量%で、C:0.26〜0.35%、Mn:1.5〜2.0%、Nb:0.01〜1.0%、B:0.0001〜0.01%を含有するとともに、Cr:0.5%以下、P:0.05%以下、S:0.03%以下、Si:0.5%以下、Cu:1%以下、V:1%以下、Mo:1%以下、Al:1%以下およびN:0.01%以下からなる群から選択された1種または2種以上を含有し、さらに、式(1)式:3.42N+0.001≦Ti≦3.42N+0.5を満足するTiを含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、旧オーステナイト平均粒径が10μm以下である鋼組織を有し、引張強さが1.8GPa以上2.0GPa以下である機械特性を有する熱間プレス鋼板部材が開示されている。これは、ホットスタンプ用鋼板の化学組成の適正化(Mn含有量低減削減)により引張強度のばらつきを抑制することにより、靭性と耐遅れ破壊性に優れる引張強度1.8GPa以上2.0GPa以下のホットスタンプ鋼板部材であり、引張強度1.8GPaのバンパーレインフォースメントとして既に量産化されている。
英国特許第1490535号明細書 特開平10−96031号公報 特開2014−15638号公報
しかし、引張強度1.8GPa超のホットスタンプ鋼板部材は、靱性の劣化が著しいため、自動車車体の骨格部材(例えば各種のピラー類,メンバー類等)や自動車の足回り部品(サスペンションアーム,サスペンションメンバー等)には未だ用いられていないのが現状である。このため、引張強度1.8GPa超のホットスタンプ鋼板部材の素材であるホットスタンプ用鋼板には、さらなる靱性や溶接性の向上が強く求められている。
本発明は、従来技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、1.8〜2.5GPaの引張強度を有するとともに靭性に優れるホットスタンプ鋼板部材と、その素材である、例えば自動車用薄板鋼板として好適なホットスタンプ用鋼板ならびにその製造方法とを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、(a)引張強度1.8〜2.5GPaのホットスタンプ鋼板部材の靱性の改善のためにホットスタンプ用鋼板のMn含有量を高め、(b)ホットスタンプ用鋼板の介在物や析出物の数密度を適正するとともに、(c)ホットスタンプ後のホットスタンプ鋼板部材の炭化物の数密度を適正することによって、1.8〜2.5GPaの引張強度を有するホットスタンプ鋼板部材の靱性を顕著に改善でき、これにより、引張強度1.8〜2.5GPaのホットスタンプ鋼板部材を、自動車車体の骨格部材(例えば各種のピラー類,メンバー類等)や自動車の足回り部品(サスペンションアーム,サスペンションメンバー等)に用いることができるようになることを知見した。
具体的には、本発明者らは、以下に列記の知見A〜Dを得て、本発明を完成した。
(A)ホットスタンプ用鋼板のMn含有量を1.0%以上1.7%とすることにより、ホットスタンプ用鋼板の焼き入れ性を確保しつつ、Mnの偏析による靱性の劣化を回避できる。
(B)A項記載のホットスタンプ用鋼板のMn含有量と、ホットスタンプ用鋼板のS:含有量を0.0010%未満に低減することに加えて、鋳造条件の適正化(凝固速度アップ)と熱延条件の適正化(高温加熱)とによって、最大長さが10μm以上の介在物、析出物の数密度を100個/mm以下に抑制でき、靱性をさらに改善できる。
(C)ホットスタンプ用鋼板のNb含有量の適正化ならびにホットスタンプ条件の適正化を図ることにより、ホットスタンプ後の旧オーステナイトの粒径を10μm以下に抑制できるとともに、円相当平均粒径で0.5μm以上の炭化物の数密度を20個/mm以下にできる。
(D)これらにより、引張強度1770MPa以上の超高強度と優れた靱性とを兼ね備えるホットスタンプ鋼板部材を提供できる。
本発明は、以下に列記の通りである。
(1)質量%で、C:0.25〜0.40%、Si:0.05%以上0.5%未満、Mn:1.0〜1.7%、P:0.020%以下、S:0.0010%未満、Al:0.002〜0.06%、N:0.006%以下、Cr:0.02〜0.6%、B:0.00010〜0.0040%、Ti:0.005〜0.04%、Nb:0.03〜0.12%、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、
最大長さ10μm以上の介在物および析出物の数密度が100個/mm以下であるとともに、ホットスタンプ後の旧オーステナイト粒径が10μm以下である金属組織を有するとともに、
ホットスタンプ後の引張強度が1.8〜2.5GPaであるとともにVノッチシャルピー試験の−40℃での衝撃吸収エネルギーが30J/cm以上である機械特性を有すること
を特徴とするホットスタンプ用鋼板。
(2)前記化学組成は、さらに、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:2.0%以下、V:0.2%以下およびW:0.2%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を有する1項に記載されたホットスタンプ用鋼板。
(3)前記化学組成は、さらに、Ca:0.1%以下、Mg:0.1%以下、REM:0.1%以下、Zr:0.1%以下、Nd:0.1%以下およびSb:0.1%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を有する1項または2項に記載されたホットスタンプ用鋼板。
(4)前記金属組織は、ホットスタンプ後の円相当平均粒径で0.5μm以上の炭化物の数密度が20個/mm以下である1項から3項までのいずれか1項に記載されたホットスタンプ用鋼板。
(5)連続鋳造時の凝固速度を0.2℃/sec以上としてスラブを製造し、このスラブを1200℃以上に加熱後、90分間以上保持をし、粗圧延出口温度950℃以上とし粗圧延時間を3分以上とした粗圧延を行い、仕上げ圧延温度850℃以上で熱間圧延を行った後に、巻き取り温度700℃以下で巻き取り、その後冷間圧延を行うことを特徴とする1項から4項までのいずれか1項に記載されたホットスタンプ用鋼板の製造方法。
(6)前記冷間圧延を行った後、さらに焼鈍温度750℃以上で焼鈍することを特徴とする5項に記載されたホットスタンプ用鋼板の製造方法。
(7)1項から4項までのいずれか1項に記載されたホットスタンプ用鋼板に対しホットスタンプを行って得られることを特徴とするホットスタンプ鋼板部材。
本発明により、1.5GPa級を超える1.8〜2.5GPaの引張強度を有しながら優れた靱性を有するホットスタンプ鋼板部材と、その素材である、例えば自動車用薄板鋼板として好適なホットスタンプ用鋼板ならびにその製造方法とを提供できる。このため、本発明により、引張強度1.8〜2.5GPaのホットスタンプ鋼板部材を、自動車車体の骨格部材(例えば各種のピラー類,メンバー類等)や自動車の足回り部品(サスペンションアーム,サスペンションメンバー等)に用いることができるようになる。
本発明を説明する。以降の説明では、化学組成に関する「%」は特に断りがない限り「質量%」を意味する。
1.本発明に係るホットスタンプ用鋼板
ホットスタンプ用鋼板の化学組成を説明する。はじめに必須元素を説明する。
(1−1)C:0.25〜0.40%
Cは、ホットスタンプ用鋼板の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度を主に決定する非常に重要な元素である。特に、ホットスタンプ後の引張強度TSを1.8GPa以上とするために、C含有量は少なくとも0.25%とする。同様の観点からC含有量は好ましくは0.28%以上である。
一方、C含有量が0.40%を超えると、ホットスタンプ後の引張強度TSが高くなり過ぎて、靱性劣化が著しくなる。したがって、C含有量は0.40%以下とする。同様の観点からC含有量は好ましくは0.35%以下である。
(1−2)Si:0.05%以上0.5%未満
Siは、0.05%以上含有することにより、鋼の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果を有する。したがって、Si含有量は0.05%以上とする。好ましくは、Si含有量は0.10%以上とする。しかし、Si含有量が0.5%以上になるとその効果は小さく、いたずらにコスト増を招く。このため、Si含有量は0.5%未満とする。好ましくは、Si含有量は0.40%以下とする。
(1−3)Mn:1.0〜1.7%
Mnは、鋼板の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の引張強度を安定して確保するために非常に効果のある元素である。しかし、Mn含有量が1.0%未満ではその効果は十分ではない。したがって、Mn含有量は1.0%以上とする。好ましくは、Mn含有量は1.15%以上とする。一方、Mn含有量が1.7%を超えると、ホットスタンプ後の靭性を大幅に劣化させてしまう。したがって、Mn含有量は1.7%以下とする。同様の観点からMn含有量は好ましくは1.5%以下である。さらに好ましくは、Mn含有量は1.40%以下とする。
(1−4)P:0.020%以下
Pは、鋼の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果を有する元素である。したがって、Pを含有する。しかし、P含有量が0.020%を超えると、粒界に偏析し、ホットスタンプ後の靱性を著しく悪化させる。よって、P含有量は上記範囲とする。好ましくは、P含有量は0.015%以下とする。なお、上記効果をより確実に得るには、P含有量が0.0001%以上であることが好ましい。
(1−5)S:0.0010%未満
Sは、不可避的不純物として存在し、Mnと結合してMnSを形成する。MnSの析出は、靭性を大幅に劣化させてしまうのでS含有量は0.0010%未満とする。同様の観点からS含有量は好ましくは0.0008%未満である。
(1−6)Al:0.002〜0.06%
Alは、0.002%以上含有することにより、鋼の焼入れ性を高め,かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果の有る元素である。したがって、Al含有量は0.002%以上とする。好ましくは、Al含有量は0.01%以上とする。しかし、Al含有量が0.06%を超えても効果は小さく、いたずらにコスト増を招くため、Al含有量は0.06%以下とする。好ましくは、Al含有量は0.05%以下とする。
(1−7)N:0.006%以下
Nは、鋼の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果を有する元素である。したがって、Nを含有する。しかし、N含有量が0.006%を超えて含有させてもその効果は小さく、いたずらにコスト増を招くため、N含有量は上記範囲とする。好ましくは、N含有量は0.004%以下とする。なお、上記効果をより確実に得るには、N含有量が0.0005%以上であることが好ましい。
(1−8)Cr:0.02〜0.6%
Crは、0.02%以上含有することにより、鋼の焼入れ性を高め,かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果のある元素である。したがって、Cr含有量は0.02%以上とする。好ましくは、Cr含有量は0.05%以上とする。しかし、Cr含有量が0.6%を超えても効果は小さく、いたずらにコスト増を招くため、Cr含有量は0.6%以下とする。好ましくは、Cr含有量は0.5%以下とする。
(1−9)B:0.00010〜0.0040%
Bは、鋼の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度の安定確保効果をさらに高めるのに有効な元素である。また、粒界に偏析して粒界強度を高め、靱性や耐遅れ破壊性を向上させる点でも重要な元素である。さらに、ホットスタンプに供する際の加熱工程におけるオーステナイトの粒成長を抑制することにより、靭性を向上させる作用をも有する。B含有量が0.00010%未満では上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、B含有量は0.00010%以上とする。好ましくは、B含有量は0.00015%以上とする。一方、B含有量が0.0040%を超えると、上記作用による効果は飽和してしまい、コスト的に不利となる。したがって、B含有量は0.0040%以下とする。好ましくは、B含有量は0.0030%以下とする。
なお、Bの粒界偏析量は、ホットスタンプに供する際のオーステナイト粒径の影響を受ける。すなわち、上記オーステナイト粒径が小さくなるほど、Bの偏析サイトが増加するため、より多くのBが偏析することが可能となる。一方、上記オーステナイト粒径が大きくなるほど、Bの偏析サイトが減少するため、Bの偏析可能量が少なくなる。したがって、B含有量の上限はホットスタンプに供する際のオーステナイト粒径、すなわちホットスタンプ鋼板部材における旧オーステナイト粒径に応じて決定することが、B偏析による作用効果を効率的に得ることができるので好ましい。具体的には、B含有量(ppm)≦exp(4.57−0.571×ln(r))を満足することが好ましい。ここで、rは旧オーステナイト粒の平均切片長さ(μm)である。この式を満足させるには、化学組成とホットスタンプに供する際のオーステナイト粒径との関係を経験的に求めておき、化学組成とホットスタンプ条件とを調整すればよい。
(1−10)Ti:0.005〜0.04%
Tiは、鋼中のNを固定することにより、Bによる作用効果を向上させる作用を有する。Ti含有量が0.005%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Ti含有量は0.005%以上とする。好ましくは、Ti含有量は0.01%以上とする。一方、Ti含有量が0.04%を超えると、Ti系析出物が多量に生成してしまい、靭性を劣化させる。したがって、Ti含有量は0.04%以下とする。好ましくは、Ti含有量は0.03%以下とする。
(1−11)Nb:0.03〜0.12%
Nbは、鋼板をAc点以上に加熱したときに、再結晶を抑制するとともに微細な炭化物を形成してオーステナイト粒を細粒にするため、ホットスタンプ後の靱性を大きく改善する作用を有する。しかし、Nb含有量が0.03%未満では上記作用による効果を得ることが困難である。したがって、Nb含有量は0.03%以上とする。同様の観点から、Nb含有量は、好ましくは0.04%以上であり、さらに好ましくは0.06%以上である。一方、Nb含有量が0.12%超になると、上記作用による効果は飽和し、いたずらにコスト増を招く。したがって、Nb含有量は0.12%以下とする。同様の観点からNb含有量は好ましくは0.10%以下である。
次に、任意添加元素を説明する。下記含有量でCu,Ni,Mo,VおよびWからなる群から選ばれた1種を単独で、または2種以上を複合して、必要に応じて含有してもよい。
(1−12)Cu:2.0%以下
Cuは、鋼の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果の有る元素である。したがって、Cuを含有させてもよい。しかし、Cu含有量が2.0%を超えてもその効果は小さく、いたずらにコスト増を招くため、Cu含有量は2.0%以下とする。好ましくは、Cu含有量は1.0%以下とする。なお、上記効果をより確実に得るには、Cu含有量は0.01%以上であることが好ましい。
(1−13)Ni:2.0%以下
Niは、鋼板の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度を安定して確保するために、非常に効果のある元素である。さらに、劈開破壊強度を上昇させ、靭性を大きく改善する効果を有する。さらには耐遅れ破壊性を改善する効果を有する。したがって、Niを含有させてもよい。しかし、Ni含有量が2.0%を超えるとその効果は飽和し、かつコスト増を招く。したがって、Ni含有量は2.0%以下とする。好ましくは1.0%以下である。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Ni含有量は0.01%以上とすることが好ましく、0.1%以上とすることがさらに好ましい。
(1−14)Mo:2.0%以下
Moは、鋼の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果の有る元素である。したがって、Moを含有させてもよい。しかし、Mo含有量が2.0%を超えてもその効果は小さく、いたずらにコスト増を招くため、Mo含有量は2.0%以下とする。好ましくは、Mo含有量は1.0%以下とする。なお、上記効果をより確実に得るには、Mo含有量は0.01%以上であることが好ましい。
(1−15)V:0.2%以下
Vは、鋼の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果の有る元素である。したがって、Vを含有させてもよい。しかし、V含有量が0.2%を超えてもその効果は小さく、いたずらにコスト増を招くため、V含有量は0.2%以下とする。好ましくは、V含有量は0.15%以下とする。なお、上記効果をより確実に得るには、V含有量は0.005%以上であることが好ましい。
(1−16)W:0.2%以下
Wは、鋼の焼入れ性を高め、かつホットスタンプ後の強度の安定確保に効果の有る元素である。したがって、Wを含有させてもよい。しかし、W含有量が0.2%を超えてもその効果は小さく、いたずらにコスト増を招くため、W含有量は0.2%以下とする。好ましくは、W含有量は0.15%以下とする。なお、上記効果をより確実に得るには、W含有量は0.005%以上であることが好ましい。
さらに、Ca,Mg,REM,Zr,NdおよびSbからなる群から選ばれた1種を単独で、または2種以上を複合して、必要に応じて含有してもよい。
(1−17)Ca:0.1%以下
Caは、製鋼時における介在物制御、特に介在物の微細分散化に寄与し、ホットスタンプ後の靭性を高める作用を有する元素である。したがって、Caを含有させてもよい。しかし、Ca含有量が0.1%を超えると、表面性状の劣化が顕在化する場合がある。したがって、Ca含有量は0.1%以下とする。好ましくは、Ca含有量は0.010%以下とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Ca含有量は0.0002%以上であることが好ましい。
(1−18)Mg:0.1%以下
Mgは、製鋼時における介在物制御、特に介在物の微細分散化に寄与し、ホットスタンプ後の靭性を高める作用を有する元素である。したがって、Mgを含有させてもよい。しかし、Mg含有量が0.1%を超えると、表面性状の劣化が顕在化する場合がある。したがって、Mg含有量は0.1%以下とする。好ましくは、Mg含有量は0.010%以下とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Mg含有量を0.0002%以上とすることが好ましい。
(1−19)REM:0.1%以下
REMは、製鋼時における介在物制御、特に介在物の微細分散化に寄与し、ホットスタンプ後の靭性を高める作用を有する元素である。したがって、REMを含有させてもよい。しかし、REM含有量が0.1%を超えると、表面性状の劣化が顕在化する場合がある。したがって、REM含有量は0.1%以下とする。好ましくは、REM含有量は0.010%以下とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、REM含有量を0.0002%以上とすることが好ましい。
ここで、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、上記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ランタノイドの場合、工業的にはミッシュメタルの形で添加される。
(1−20)Zr:0.1%以下
Zrは、製鋼時における介在物制御、特に介在物の微細分散化に寄与し、ホットスタンプ後の靭性を高める作用を有する元素である。したがって、Zrを含有させてもよい。しかし、Zr含有量が0.1%を超えると、表面性状の劣化が顕在化する場合がある。したがって、Zr含有量は0.1%以下とする。好ましくは、Zr含有量は0.010%以下とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Zr含有量を0.0002%以上とすることが好ましい。
(1−21)Nd:0.1%以下
Ndは、製鋼時における介在物制御、特に介在物の微細分散化に寄与し、ホットスタンプ後の靭性を高める作用を有する元素である。したがって、Zrを含有させてもよい。しかし、Zr含有量が0.1%を超えると、表面性状の劣化が顕在化する場合がある。したがって、Nd含有量は0.1%以下とする。好ましくは、Nd含有量は0.010%以下とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Nd含有量を0.0002%以上とすることが好ましい。
(1−22)Sb:0.1%以下
Sbは、製鋼時における介在物制御、特に介在物の微細分散化に寄与し、ホットスタンプ後の靭性を高める作用を有する元素である。したがって、Sbを含有させてもよい。しかし、Sb含有量が0.1%を超えると、表面性状の劣化が顕在化する場合がある。したがって、Sb含有量は0.1%以下とする。好ましくは、Sb含有量は0.010%以下とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Sb含有量を0.0002%以上とすることが好ましい。
上記以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。
次に、ホットスタンプ用鋼板の金属組織を説明する。
(2−1)最大長さ10μm以上の介在物および析出物の数密度:100個/mm以下
最大長さ10μm以上の介在物および析出物の数密度が100個/mm以下であることにより、ホットスタンプ鋼板部材の靱性が改善される。
(2−2)ホットスタンプ後の旧オーステナイト粒径:10μm以下
ホットスタンプ後の旧オーステナイト粒径が10μm以下であることにより、応力が付加されても、すべりに対して抵抗となるすべり面が異なる箇所が増加し、亀裂が進みにくくなるため、ホットスタンプ鋼板部材の靱性が改善される。
(2−3)ホットスタンプ後の円相当平均粒径で0.5μm以上の炭化物の数密度が20個/mm以下
ホットスタンプによる熱処理後の旧オーステナイト粒径が10μm以下であることに加えて、円相当平均粒径で0.5μm以上の炭化物の数密度を20個/mm以下とすることにより、炭化物と金属組織間での亀裂の発生を抑制することができ、ホットスタンプ鋼板部材の靱性が改善される。このため、円相当平均粒径で0.5μm以上の炭化物の数密度が20個/mm以下であることが好ましい。
次に、ホットスタンプ用鋼板の機械特性を説明する。
(3−1)ホットスタンプ後の引張強度:1.8GPa以上2.5GPa以下
本発明により、ホットスタンプ後の引張強度は、1.5GPa級を超える1.8GPa〜2.5GPaとなる。
(3−2)靱性
本発明に係るホットスタンプ用鋼板は、Vノッチシャルピー試験の−40℃での衝撃吸収エネルギーが30J/cm以上という優れた靱性を有する。
2.本発明に係るホットスタンプ用鋼板の製造方法
上述した化学組成を有するスラブを、連続鋳造時の凝固速度を0.2℃/sec以上としてスラブを製造し、このスラブを1200℃以上に加熱後、90分間以上保持をし、粗圧延時間を3分間以上とし粗圧延出口温度を950℃以上で粗圧延を行い、仕上げ圧延温度850℃以上で熱間圧延を行った後に、巻き取り温度700℃以下で巻き取り、その後冷間圧延を行うことにより、上述したホットスタンプ用鋼板を製造することができる。
ここで、粗圧延時間とは、製造ライン上にある複数の粗圧延機において、最初の(上流側の)粗圧延機にスラブの先端が挿入された時から最後の(下流側の)粗圧延機からスラブの後端が排出される時までの時間をいう。また、粗圧延出口温度とは、最後の粗圧延機から排出された後のスラブの表面温度をいう。
スラブが上述した化学組成を有さなかったり、連続鋳造時の凝固速度が0.2℃/secを下回ったり、あるいは、熱間圧延前のスラブの加熱温度が1200℃を下回る、あるいはスラブの加熱時間が90分間未満、粗圧延時間が3分間未満、粗圧延出口温度を950℃未満の場合、鋳造中で晶出、析出した介在物や析出物を微細分散化できず、最大長さ10μm以上の介在物、析出物の数密度が100個/mm超えになる。そのため、応力が負荷された場合、介在物や析出物と母材の界面から発生した亀裂が連結しやすくなり、靱性が極度に劣化してしまう。
また、仕上げ圧延温度が850℃未満あるいは巻き取り温度が700℃を超えると、ホットスタンプ前の加熱中での(Ti,Nb)(C,N)による微細析出物によるオーステナイト粒成長のピン止め効果が少なくなり、ホットスタンプ後の旧オーステナイト粒径を10μm以下にすることができず、靱性が極度に劣化してしまう。
上記のように得られた鋼板をさらに焼鈍温度750℃以上で焼鈍することにより、ホットスタンプ後において円相当平均粒径で0.5μm以上の炭化物の数密度を20個/mm以下にできるため、好ましい。これにより、0.5μm以上の炭化物と母材界面から発生する亀裂の進展を抑制でき、靱性がさらに向上する。
3.本発明に係るホットスタンプ鋼板部材
このようにして製造される本発明に係るホットスタンプ用鋼板を素材として周知慣用の手段によりホットスタンプを行うことにより、本発明に係るホットスタンプ鋼板部材が製造される。
ホットスタンプ鋼板部材は、例えば特許文献3により開示されたホットスタンプ用鋼板と比べて、Mn含有量を高め、介在物や析出物の数密度を適正するとともに、ホットスタンプ後のホットスタンプ鋼板部材の炭化物の数密度を適正することによって、1.8〜2.7GPaの引張強度を有するホットスタンプ鋼板部材の靱性を顕著に改善でき、これにより、引張強度1.8〜2.7GPaのホットスタンプ鋼板部材を、自動車車体の骨格部材(例えば各種のピラー類,メンバー類等)や自動車の足回り部品(サスペンションアーム,サスペンションメンバー等)に用いることができる。
本発明の実施例を説明する。
表1に示す化学組成を有する実験室にて溶製したスラブを表2に示す条件にて加熱し、熱間圧延を行い、板厚4mmの鋼板とした。スラブの鋳造時には、凝固速度を変更し、熱間圧延前はスラブの加熱温度、スラブ加熱保持時間、粗圧延時間、粗圧延出口温度を変更し、介在物、析出物の最大長さを変化させた。
Figure 0006620465
熱間圧延ならびに熱間圧延後の巻き取りは、表2に示す条件で行った。巻き取り温度は、水スプレーの水量にて調整した。得られた熱延板は、酸洗によりスケールを除去した後、冷間圧延にて板厚2.6mmとした。一部の鋼板は、冷間圧延後焼鈍を実施し、円相当平均粒径で0.5μm以上の炭化物の数密度を変化させた。
このようにして得られたホットスタンプ用鋼板を、空燃比0.9に設定したガス炉内で、900℃で4分間加熱し、その後、加熱炉より取り出し、7秒間以内に平板の鋼製金型を用いて、ホットスタンプを行った。
製造条件を表2にまとめて示す。
Figure 0006620465
得られたホットスタンプ鋼板部材について、切断法による旧オーステナイト粒径測定(平均切片長さ測定)、引張試験(JIS5号試験片)、シャルピー衝撃試験に供した。
シャルピー衝撃試験では、1/4サイズ(板厚:2.5mm)のVノッチシャルピー試験片を作製し、評価を行った。靱性評価としては、−40℃での衝撃値が30J/cm以上60J/cm以下となる場合は合格とした。60J/cmを超える場合には、非常に靭性に優れるとした。
結果を表3にまとめて示す。
Figure 0006620465
表3に示すように、本発明によれば、1.8〜2.5GPaの引張強度を有しながら優れた靱性を有するホットスタンプ鋼板部材の素材である、例えば自動車用薄板鋼板として好適なホットスタンプ用鋼板を提供できることがわかる。

Claims (4)

  1. 質量%で、C:0.25〜0.40%、Si:0.05%以上0.5%未満、Mn:1.0〜1.7%、P:0.020%以下、S:0.0010%未満、Al:0.002〜0.06%、N:0.006%以下、Cr:0.02〜0.6%、B:0.00010〜0.0040%、Ti:0.005〜0.04%、Nb:0.03〜0.12%、残部Feおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、
    最大長さ10μm以上の介在物および析出物の数密度が100個/mm以下であるとともに、
    加熱炉内で、900℃で4分間加熱し、その後、前記加熱炉より取り出し、7秒間以内に平板の鋼製金型を用いて、ホットスタンプを行った場合に、
    ホットスタンプ後の旧オーステナイト粒径が10μm以下である金属組織を有するとともに、
    ホットスタンプ後の引張強度が1.8〜2.5GPaであるとともにVノッチシャルピー試験の−40℃での衝撃吸収エネルギーが30J/cm以上である機械特性を有すること
    を特徴とするホットスタンプ用鋼板。
  2. 前記化学組成は、さらに、Cu:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Mo:2.0%以下、V:0.2%以下およびW:0.2%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を有する請求項1に記載されたホットスタンプ用鋼板。
  3. 前記化学組成は、さらに、Ca:0.1%以下、Mg:0.1%以下、REM:0.1%以下、Zr:0.1%以下、Nd:0.1%以下およびSb:0.1%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上を有する請求項1または請求項2に記載されたホットスタンプ用鋼板。
  4. 前記金属組織は、ホットスタンプ後の円相当平均粒径で0.5μm以上の炭化物の数密度が20個/mm以下である請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載されたホットスタンプ用鋼板。
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