JP6795042B2 - ホットスタンプ成形体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
dσ/dε=σ ・・・(式1)
質量%で、
C:0.27%〜0.60%、
Mn:0.50%〜5.00%、
Si:2.00%以下、
P:0.030%以下、
S:0.0100%以下、
酸可溶性Al(sol.Al):0.100%以下、
N:0.0100%以下、
B:0.0000%〜0.0050%、
Cr:0.00%〜0.50%、
Mo:0.00%〜0.50%、
Ti:0.000%〜0.100%、
Nb:0.000%〜0.100%、
V:0.000%〜0.100%、
Cu:0.000%〜1.000%、
Ni:0.000%〜1.000%、
O:0.00%〜0.02%、
W:0.0%〜0.1%、
Ta:0.0%〜0.1%、
Sn:0.00%〜0.05%、
Sb:0.00%〜0.05%、
As:0.00%〜0.05%、
Mg:0.00%〜0.05%、
Ca:0.00%〜0.05%、
Y:0.00%〜0.05%、
Zr:0.00%〜0.05%、
La:0.00%〜0.05%、
Ce:0.00%〜0.05%、かつ
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
フレッシュマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの面積分率:合計で80%以上、
旧オーステナイト粒径:20μm以下、かつ
炭化物を含有し、前記炭化物の平均粒径:0.5μm以下、
で表される鋼組織を有し、
引張強度が1900MPa以上であることを特徴とするホットスタンプ成形体。
ビッカース硬さが550Hv以上であることを特徴とする(1)に記載のホットスタンプ成形体。
鋼板からブランク材を形成する工程と、
前記ブランク材の第1の焼入れを行う工程と、
前記第1の焼入れの後に、前記ブランク材の第2の焼入れを行う工程と、
を有し、
前記第1の焼入れを行う工程は、
前記ブランク材を(Ac3点−50)℃以上1200℃以下の第1の温度まで2℃/秒以上の平均加熱速度で加熱する工程と、
前記ブランク材を前記第1の温度から250℃以下の第2の温度まで冷却する工程と、
を有し、
前記第2の焼入れを行う工程は、
前記ブランク材を前記第2の温度から(Ac3点−50)℃以上1200℃以下の第3の温度まで2℃/秒以上の平均加熱速度で加熱する工程と、
前記ブランク材を前記第3の温度から250℃以下の第4の温度まで冷却する工程と、
を有し、
前記第1の焼入れ若しくは前記第2の焼入れ又はこれらの両方において前記ブランク材の成形を行うことを特徴とする(1)に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
前記第1の温度まで加熱する工程と前記第2の温度まで冷却する工程との間に、前記第1の温度に1秒間以上保持する工程を有することを特徴とする(3)に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
前記第3の温度は、(Ac3点−50)℃以上1000℃以下であることを特徴とする(3)又は(4)に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
前記第2の温度から前記第3の温度までの加熱を5℃/秒以上の平均加熱速度で行うことを特徴とする(3)〜(5)のいずれかに記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
前記第3の温度まで加熱する工程と前記第4の温度まで冷却する工程との間に、前記第3の温度に0.1秒以上300秒以下保持する工程を有することを特徴とする(3)〜(6)のいずれかに記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
前記第2の焼入れを行う工程は、700℃からMs点−50℃の第5の温度まで20℃/秒の平均冷却速度で前記ブランク材を冷却する工程を有することを特徴とする(3)〜(7)のいずれかに記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
フレッシュマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトは強度の向上に寄与する。フレッシュマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの面積分率が合計で80%未満では十分な強度、例えば1900MPa以上の引張強度が得られない。従って、フレッシュマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの面積分率は合計で80%以上である。材料の機械的特性は組織又は相の体積分率に依存するが、鋼組織が等方的であれば、体積分率は面積分率と等価である。そして、面積分率は体積分率よりも簡易に測定することができる。そこで、本願では、面積分率を用いる。
旧γ粒径は、旧γ粒の平均粒径である。旧γ粒径が20μm超では、十分な破壊靭性が得られず、低応力破壊が生じやすい。従って、旧γ粒径は20μm以下である。破壊靱性の向上及び低応力破壊の抑制の観点から、旧γ粒径は、好ましくは15μm以下であり、より好ましくは10μm以下である。
炭化物の平均粒径が0.5μm超では、粗大な炭化物を起点とした低応力破壊が生じやすい。従って、炭化物の平均粒径は0.5μm以下である。低応力破壊の抑制の観点から、炭化物の平均粒径は、好ましくは0.3μm以下である。炭化物には、セメンタイト及びε炭化物等の鉄系炭化物並びに炭窒化物が含まれる。
Sγ=(I200f+I220f+I311f)/(I200b+I211b)×100
(I200f、I220f、I311fは、それぞれ面心立方格子(fcc)相の(200)、(220)、(311)の回折ピークの強度、I200b、I211bは、それぞれ体心立方格子(bcc)相の(200)、(211)の回折ピークの強度を示す。)
Cは、安価で強度の向上に大きく寄与する。C含有量が0.27%未満では、高価な元素が含有されていなければ、十分な強度、例えば1900MPa以上の強度を得にくい。従って、C含有量は、好ましくは0.27%以上であり、より好ましくは0.35%以上であり、更に好ましくは0.40%以上である。一方、C含有量が0.60%超では、水素脆化特性が大きく劣化することがある。従って、C含有量は、好ましくは0.60%以下である。
Mnは、Ac3点を低下させて鋼板の焼入れ性を向上する。Mn含有量が0.50%未満では、十分な焼入れ性が得られないことがある。従って、Mn含有量は、好ましくは0.50%以上であり、より好ましくは1.00%以上である。一方、Mn含有量が5.00%超では、焼入れ前の鋼板の加工性が劣化することがあり、焼入れ前の予成形が困難になることがある。また、Mnの偏析に起因したバンド状組織が生じやすくなり、鋼板の靭性が劣化することがある。従って、Mn含有量は、好ましくは5.00%以下である。
Siは、例えば鋼中に不純物として含有される。Si含有量が2.00%超では、Ac3点が過度に高く、焼入れの加熱を1200℃超で行わなければならなかったり、鋼板の化成処理性及び亜鉛めっきのめっき性が低下したりすることがある。従って、Si含有量は、好ましくは2.00%以下であり、より好ましくは1.00%以下である。Siは鋼板の焼入れ性を高める作用を有するため、Siが含有されていてもよい。
Pは、例えば鋼中に不純物として含有される。Pは、鋼板の加工性を劣化させたり、ホットスタンプ成形体の靱性を劣化させたりする。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0.030%超で、加工性及び靱性の低下が著しい。従って、P含有量は、好ましくは0.030%以下である。
Sは、例えば鋼中に不純物として含有される。Sは、鋼板の成形性を劣化させたり、ホットスタンプ成形体の靱性を劣化させたりする。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0.0100%超で、成形性及び靱性の低下が著しい。従って、S含有量は、好ましくは0.0100%以下であり、より好ましくは0.0050%以下である。
sol.Alは、例えば鋼中に不純物として含有される。sol.Al含有量が0.100%超では、Ac3点が過度に高く、焼入れの加熱を1200℃超で行わなければならないことがある。従って、sol.Al含有量は、好ましくは0.100%以下である。sol.Alは、脱酸により鋼を健全化する作用を有するため、sol.Alが含まれていてもよい。
Nは、例えば鋼中に不純物として含有される。Nは、鋼板の成形性を劣化させる。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0.0100%超で、成形性の低下が著しい。従って、N含有量は、好ましくは0.0100%以下である。
Bは、鋼板の焼入れ性を向上する。従って、Bが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、B含有量は、好ましくは0.0001%以上である。その一方で、B含有量が0.0050%超では、上記の作用による効果は飽和して、コスト的に不利となる。従って、B含有量は、好ましくは0.005%以下である。
Crは、鋼板の焼入れ性を向上する。従って、Crが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Cr含有量は、好ましくは0.18%以上である。その一方で、Cr含有量が0.50%超では、焼入れ前の鋼板の加工性が劣化することがあり、焼入れ前の予成形が困難になることがある。従って、Cr含有量は、好ましくは0.50%以下である。
Moは、鋼板の焼入れ性を向上する。従って、Moが含有されていてもよい。この効果を十分に得るために、Mo含有量は、好ましくは0.03%以上である。その一方で、Mo含有量が0.50%超では、焼入れ前の鋼板の加工性が劣化することがあり、焼入れ前の予成形が困難になることがある。従って、Mo含有量は、好ましくは0.50%以下である。
Ti、Nb及びVは、強化元素であり、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化及び再結晶の抑制を通じた転位強化にて、鋼板の強度の上昇に寄与する。この効果を十分に得るために、Ti含有量、Nb含有量及びV含有量は、いずれも好ましくは0.01%以上である。その一方で、Ti含有量、Nb含有量又はV含有量が0.100%超では、炭窒化物の析出が多くなり成形性が劣化することがある。従って、Ti含有量、Nb含有量及びV含有量は、いずれも好ましくは0.100%以下である。
Cu及びNiは、強度の向上に寄与する。この効果を十分に得るために、Cu含有量及びNi含有量は、いずれも好ましくは0.01%以上である。その一方で、Cu含有量又はNi含有量が1.000%超では、酸洗性、溶接性及び熱間加工性等が劣化することがある。従って、Cu含有量及びNi含有量は、いずれも好ましくは1.000%以下である。
鋼板をシャー切断又は打ち抜き加工等によりブランキングしてブランク材を形成する。本実施形態で用いる鋼板のビッカース硬さは、例えば500Hv以下であり、好ましくは450Hv以下である。ビッカース硬さが500Hv以下であれば、ブランキングを容易に行うことができる。また、本実施形態によれば、鋼板のビッカース硬さが500Hv以下であっても、十分な強度、例えば1900MPa以上の引張強度を得ることができる。
1回目の熱処理では、ブランク材を(Ac3点−50)℃以上1200℃以下の第1の温度まで2℃/秒以上の平均加熱速度で加熱し、ブランク材を第1の温度から250℃以下の第2の温度まで冷却する。
Ac3点=910−203√[C]−30[Mn]−11[Cr]+44.7[Si]
+400[Al]+700[P]−15.2[Ni]−20[Cu]
+400[Ti]+104[V]+31.5[Mo]
2回目の熱処理では、ブランク材を第2の温度から(Ac3点−50)℃以上1200℃以下の第3の温度まで2℃/秒以上の平均加熱速度で加熱し、ブランク材を第3の温度から250℃以下の第4の温度まで冷却する。
Ms点=539−423[C]−30.4[Mn]−17.7[Ni]
−12.1[Cr]−7.5[Mo]
表1に示す化学組成を有するスラブに熱間圧延を施した。熱間圧延では、スラブ加熱温度を1250℃とし、仕上げ温度を930℃とし、巻き取り温度を650℃とした。仕上げ温度(930℃)から巻き取り温度(650℃)までの冷却では、平均冷却速度を20℃/秒とした。このようにして、厚さが1.6mm又は3.2mmの熱延鋼板を得た。次いで、熱延鋼板の脱スケール処理を行った。表1に示す化学組成の残部はFe及び不純物である。
Δσa/Δεa=σa ・・・(式2)
第2の実験では、第1の実験における試験No.10、No.31、No.37、No.47及びNo.58と同様にしてブランク材を形成し、ブランク材の第1の焼入れ(1回目の熱処理)、第2の焼入れ(2回目の熱処理)及び第3の焼入れ(3回目の熱処理)を行った。1回目の熱処理の条件、2回目の熱処理の条件及び3回目の熱処理の条件を表6に示す。表6に示すように、3回目の熱処理では、加熱速度が50℃/秒以下の場合は雰囲気加熱を行い、50℃/秒超の場合は電気加熱を行った。保持温度から700℃までは空冷し、700℃から冷却停止温度までは金型内でプレス成形しながら100℃/秒の平均冷却速度で冷却した。このようにして、種々のホットスタンプ成形体を製造した。
Claims (8)
- 質量%で、
C:0.27%〜0.60%、
Mn:0.50%〜5.00%、
Si:2.00%以下、
P:0.030%以下、
S:0.0100%以下、
酸可溶性Al(sol.Al):0.100%以下、
N:0.0100%以下、
B:0.0000%〜0.0050%、
Cr:0.00%〜0.50%、
Mo:0.00%〜0.50%、
Ti:0.000%〜0.100%、
Nb:0.000%〜0.100%、
V:0.000%〜0.100%、
Cu:0.000%〜1.000%、
Ni:0.000%〜1.000%、
O:0.00%〜0.02%、
W:0.0%〜0.1%、
Ta:0.0%〜0.1%、
Sn:0.00%〜0.05%、
Sb:0.00%〜0.05%、
As:0.00%〜0.05%、
Mg:0.00%〜0.05%、
Ca:0.00%〜0.05%、
Y:0.00%〜0.05%、
Zr:0.00%〜0.05%、
La:0.00%〜0.05%、
Ce:0.00%〜0.05%、かつ
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
フレッシュマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの面積分率:合計で80%以上、
旧オーステナイト粒径:20μm以下、かつ
炭化物を含有し、前記炭化物の平均粒径:0.5μm以下、
で表される鋼組織を有し、
引張強度が1900MPa以上であることを特徴とするホットスタンプ成形体。 - ビッカース硬さが550Hv以上であることを特徴とする請求項1に記載のホットスタンプ成形体。
- 鋼板からブランク材を形成する工程と、
前記ブランク材の第1の焼入れを行う工程と、
前記第1の焼入れの後に、前記ブランク材の第2の焼入れを行う工程と、
を有し、
前記第1の焼入れを行う工程は、
前記ブランク材を(Ac3点−50)℃以上1200℃以下の第1の温度まで2℃/秒以上の平均加熱速度で加熱する工程と、
前記ブランク材を前記第1の温度から250℃以下の第2の温度まで冷却する工程と、
を有し、
前記第2の焼入れを行う工程は、
前記ブランク材を前記第2の温度から(Ac3点−50)℃以上1200℃以下の第3の温度まで2℃/秒以上の平均加熱速度で加熱する工程と、
前記ブランク材を前記第3の温度から250℃以下の第4の温度まで冷却する工程と、
を有し、
前記第1の焼入れ若しくは前記第2の焼入れ又はこれらの両方において前記ブランク材の成形を行うことを特徴とする請求項1に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。 - 前記第1の温度まで加熱する工程と前記第2の温度まで冷却する工程との間に、前記第1の温度に1秒間以上保持する工程を有することを特徴とする請求項3に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
- 前記第3の温度は、(Ac3点−50)℃以上1000℃以下であることを特徴とする請求項3又は4に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
- 前記第2の温度から前記第3の温度までの加熱を5℃/秒以上の平均加熱速度で行うことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
- 前記第3の温度まで加熱する工程と前記第4の温度まで冷却する工程との間に、前記第3の温度に0.1秒以上300秒以下保持する工程を有することを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
- 前記第2の焼入れを行う工程は、700℃からMs点−50℃の第5の温度まで20℃/秒の平均冷却速度で前記ブランク材を冷却する工程を有することを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載のホットスタンプ成形体の製造方法。
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