JP7319570B2 - ホットスタンプ成形体 - Google Patents
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Description
本発明は、ホットスタンプ成形体に関する。
本願は、2020年1月9日に、日本に出願された特願2020-002408号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2020年1月9日に、日本に出願された特願2020-002408号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、環境保護及び省資源化の観点から自動車車体の軽量化が求められており、自動車部材へ高強度鋼板が適用されている。自動車部材はプレス成形によって製造されるが、鋼板の高強度化に伴い成形荷重が増加するだけでなく、成形性が低下する。そのため、高強度鋼板においては、複雑な形状の部材への成形性が課題となる。このような課題を解決するため、鋼板が軟質化するオーステナイト域の高温まで加熱した後にプレス成形を実施するホットスタンプ技術の適用が進められている。ホットスタンプは、プレス加工と同時に、金型内において焼入れ処理を実施することで、自動車部材への成形性と自動車部材の強度とを両立する技術として注目されている。
鋼板をホットスタンプにより加工した自動車部材において、より高い車体軽量化効果を得るためには、高強度であり、なおかつ衝突特性にも優れた部材を得る必要がある。
特許文献1には、CおよびMnが濃化することで安定化された、10体積%以上の残留オーステナイトを含ませることで、強度、均一変形性および局部変形性を向上させた溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板、並びにそれらの製造方法が開示されている。
特許文献2には、10体積%以上の残留オーステナイトを含ませ、且つ所定の体積率で高温焼き戻しマルテンサイトおよび低温焼き戻しマルテンサイトを含ませることで、強度、均一変形性および局部変形性を向上させた合金化溶融亜鉛めっき鋼板が開示されている。
特許文献3には、鋼の組織を複合組織とし、且つその複合組織を構成する各組織の割合を制御することで、延性および曲げ性を向上させた高強度熱間プレス成形部材が開示されている。
安全性の観点から、優れた強度を有しつつ、従来技術よりも衝突特性により優れた自動車部材が望まれている。
本発明は、強度および衝突特性に優れたホットスタンプ成形体を提供することを目的とする。
本発明の要旨は以下の通りである。
[1]本発明の一態様に係るホットスタンプ成形体は、化学組成が、質量%で、
C :0.15~1.00%、
Si:0.50~3.00%、
Mn:3.00%超、5.00%以下、
Al:0.100~3.000%、
Co:0.100~3.000%、
P :0.100%以下、
S :0.1000%以下、
N :0.0100%以下、
Nb:0~0.15%、
Ti:0~0.150%、
Mo:0~1.00%、
Cr:0~1.00%、
Cu:0~1.00%、
V :0~1.00%、
W :0~1.00%、
Ni:0~3.00%、
Mg:0~1.00%、
Zr:0~1.00%、
Sb:0~1.00%、
Ca:0~0.10%、
REM:0~0.30%、および
B :0~0.0100%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、
面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、
前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有する。
[2]上記[1]に記載のホットスタンプ成形体は、前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.01~0.15%、
Ti:0.010~0.150%、
Mo:0.005~1.00%、
Cr:0.005~1.00%、
Cu:0.001~1.00%、
V :0.0005~1.00%、
W :0.001~1.00%、
Ni:0.001~3.00%、
Mg:0.001~1.00%、
Zr:0.001~1.00%、
Sb:0.001~1.00%、
Ca:0.001~0.10%、
REM:0.001~0.30%、および
B:0.0005~0.0100%
からなる群のうち1種または2種以上を含有してもよい。
[1]本発明の一態様に係るホットスタンプ成形体は、化学組成が、質量%で、
C :0.15~1.00%、
Si:0.50~3.00%、
Mn:3.00%超、5.00%以下、
Al:0.100~3.000%、
Co:0.100~3.000%、
P :0.100%以下、
S :0.1000%以下、
N :0.0100%以下、
Nb:0~0.15%、
Ti:0~0.150%、
Mo:0~1.00%、
Cr:0~1.00%、
Cu:0~1.00%、
V :0~1.00%、
W :0~1.00%、
Ni:0~3.00%、
Mg:0~1.00%、
Zr:0~1.00%、
Sb:0~1.00%、
Ca:0~0.10%、
REM:0~0.30%、および
B :0~0.0100%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、
面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、
前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有する。
[2]上記[1]に記載のホットスタンプ成形体は、前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.01~0.15%、
Ti:0.010~0.150%、
Mo:0.005~1.00%、
Cr:0.005~1.00%、
Cu:0.001~1.00%、
V :0.0005~1.00%、
W :0.001~1.00%、
Ni:0.001~3.00%、
Mg:0.001~1.00%、
Zr:0.001~1.00%、
Sb:0.001~1.00%、
Ca:0.001~0.10%、
REM:0.001~0.30%、および
B:0.0005~0.0100%
からなる群のうち1種または2種以上を含有してもよい。
本発明に係る上記態様によれば、強度および衝突特性に優れたホットスタンプ成形体を得ることができる。
本発明者らは、ホットスタンプ成形体のミクロ組織において、所定量の残留オーステナイト、フレッシュマルテンサイト、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトを含ませ、且つ前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界(以下、大傾角粒界と記載する場合がある)の長さとの合計の長さに対して、回転角が55°~75°となる粒界(大傾角粒界)の長さの割合を30%以上とすることで、高強度を確保しつつ、衝突特性を向上できることを見出した。なお、本実施形態において衝突特性に優れるとは、ひずみ分散特性および曲げ性に優れることをいう。
大傾角粒界は、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの結晶粒に含まれる粒界のうち、最も高角度な粒界である。オーステナイトからベイナイトまたはマルテンサイトに変態する際には、変態に伴う歪みが発生する。変態前のオーステナイトが高硬度の場合、または旧オーステナイト粒が容易に変形できない状態の場合には、歪みを緩和する効果が高い大傾角粒界が形成されやすくなる。本発明者らは、ホットスタンプ後に低温域で保持を行うことで、旧オーステナイト粒を高硬度とした上でベイナイトまたはマルテンサイトに変態させることができ、大傾角粒界を多く形成できることを見出した。
以下、本実施形態に係るホットスタンプ成形体について詳細に説明する。まず、本実施形態に係るホットスタンプ成形体の化学組成の限定理由について説明する。
なお、以下に記載する「~」を挟んで記載される数値限定範囲には、下限値および上限値がその範囲に含まれる。「未満」、「超」と示す数値には、その値が数値範囲に含まれない。化学組成についての%は全て質量%を示す。
なお、以下に記載する「~」を挟んで記載される数値限定範囲には、下限値および上限値がその範囲に含まれる。「未満」、「超」と示す数値には、その値が数値範囲に含まれない。化学組成についての%は全て質量%を示す。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、化学組成が、質量%で、C:0.15~1.00%、Si:0.50~3.00%、Mn:3.00%超、5.00%以下、Al:0.100~3.000%、Co:0.100~3.000%、P:0.100%以下、S:0.1000%以下、N:0.0100%以下、並びに残部:Feおよび不純物を含む。以下、各元素について詳細に説明する。
「C:0.15~1.00%」
Cは、ホットスタンプ成形体の強度を向上させる元素である。またCは、残留オーステナイトを安定化させる元素でもある。C含有量が0.15%未満では、ホットスタンプ成形体において所望の強度を得ることができない。そのため、C含有量は0.15%以上とする。C含有量は、0.30%以上が好ましく、0.45%以上がより好ましい。一方、C含有量が1.00%超であると、鋼が脆化する。そのため、C含有量は1.00%以下とする。C含有量は、0.80%以下、または0.70%以下が好ましい。
Cは、ホットスタンプ成形体の強度を向上させる元素である。またCは、残留オーステナイトを安定化させる元素でもある。C含有量が0.15%未満では、ホットスタンプ成形体において所望の強度を得ることができない。そのため、C含有量は0.15%以上とする。C含有量は、0.30%以上が好ましく、0.45%以上がより好ましい。一方、C含有量が1.00%超であると、鋼が脆化する。そのため、C含有量は1.00%以下とする。C含有量は、0.80%以下、または0.70%以下が好ましい。
「Si:0.50~3.00%」
Siは、残留オーステナイトを安定化させる元素である。Si含有量が0.50%未満では上記効果が得られず、残留オーステナイトの安定化が不十分となり、所望量の残留オーステナイトを得ることができない。そのため、Si含有量は0.50%以上とする。Si含有量は、好ましくは1.00%以上、1.40%以上である。一方、Si含有量が3.00%超では、フェライト量が増加し、所望のミクロ組織が得られなくなる。そのため、Si含有量は3.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは2.50%以下、または2.00%以下である。
Siは、残留オーステナイトを安定化させる元素である。Si含有量が0.50%未満では上記効果が得られず、残留オーステナイトの安定化が不十分となり、所望量の残留オーステナイトを得ることができない。そのため、Si含有量は0.50%以上とする。Si含有量は、好ましくは1.00%以上、1.40%以上である。一方、Si含有量が3.00%超では、フェライト量が増加し、所望のミクロ組織が得られなくなる。そのため、Si含有量は3.00%以下とする。Si含有量は、好ましくは2.50%以下、または2.00%以下である。
「Mn:3.00%超、5.00%以下」
Mnは、Ms点を低下させることで、低温域におけるベイナイト変態を促進する元素である。Mn含有量が3.00%以下では、所望量の大傾角粒界を得ることができない。そのため、Mn含有量は3.00%超とする。Mn含有量は、好ましくは3.20%以上、3.30%以上である。一方、Mn含有量が5.00%超では、早期破断が発生し易くなる。そのため、Mn含有量は5.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは4.50%以下、または4.00%以下である。
Mnは、Ms点を低下させることで、低温域におけるベイナイト変態を促進する元素である。Mn含有量が3.00%以下では、所望量の大傾角粒界を得ることができない。そのため、Mn含有量は3.00%超とする。Mn含有量は、好ましくは3.20%以上、3.30%以上である。一方、Mn含有量が5.00%超では、早期破断が発生し易くなる。そのため、Mn含有量は5.00%以下とする。Mn含有量は、好ましくは4.50%以下、または4.00%以下である。
「Al:0.100~3.000%」
Alは、溶鋼を脱酸して、破壊の起点となる酸化物の生成を抑制することで変形能を向上し、ホットスタンプ成形体の衝突特性を高める元素である。Al含有量が0.100%未満では、脱酸が十分に行われず、粗大な酸化物が生成して、上記効果が得られない。そのため、Al含有量は0.100%以上とする。Al含有量は、好ましくは0.120%以上、0.200%以上、0.300%以上である。一方、Al含有量が3.000%を超えると、鋼中に粗大な酸化物が生成し、ホットスタンプ成形体の衝突特性が低下する。そのため、Al含有量は3.000%以下とする。Al含有量は、好ましくは2.500%以下、2.000%以下、1.500%以下、1.000%以下である。
Alは、溶鋼を脱酸して、破壊の起点となる酸化物の生成を抑制することで変形能を向上し、ホットスタンプ成形体の衝突特性を高める元素である。Al含有量が0.100%未満では、脱酸が十分に行われず、粗大な酸化物が生成して、上記効果が得られない。そのため、Al含有量は0.100%以上とする。Al含有量は、好ましくは0.120%以上、0.200%以上、0.300%以上である。一方、Al含有量が3.000%を超えると、鋼中に粗大な酸化物が生成し、ホットスタンプ成形体の衝突特性が低下する。そのため、Al含有量は3.000%以下とする。Al含有量は、好ましくは2.500%以下、2.000%以下、1.500%以下、1.000%以下である。
「Co:0.100~3.000%」
Coは、Ms点を低下させることで、低温域におけるベイナイト変態を促進する元素である。Co含有量が0.100%未満では、所望量のベイナイトを得ることができない。そのため、Co含有量は0.100%以上とする。Co含有量は、0.110%以上、または0.120%以上が好ましい。一方、Co含有量が3.000%超であると、早期破断が発生し易くなる。そのため、Co含有量は3.000%以下とする。Co含有量は、2.000%以下、または1.6000%以下が好ましい。
Coは、Ms点を低下させることで、低温域におけるベイナイト変態を促進する元素である。Co含有量が0.100%未満では、所望量のベイナイトを得ることができない。そのため、Co含有量は0.100%以上とする。Co含有量は、0.110%以上、または0.120%以上が好ましい。一方、Co含有量が3.000%超であると、早期破断が発生し易くなる。そのため、Co含有量は3.000%以下とする。Co含有量は、2.000%以下、または1.6000%以下が好ましい。
「P:0.100%以下」
Pは、不純物元素であり、粒界に偏析することで破壊の起点となる。そのため、P含有量は0.100%以下とする。P含有量は、好ましくは0.050%以下、または0.030%以下である。P含有量の下限は特に限定しないが、0.0001%未満に低減すると、脱Pコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくないため、実操業上、0.0001%を下限としてもよい。
Pは、不純物元素であり、粒界に偏析することで破壊の起点となる。そのため、P含有量は0.100%以下とする。P含有量は、好ましくは0.050%以下、または0.030%以下である。P含有量の下限は特に限定しないが、0.0001%未満に低減すると、脱Pコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくないため、実操業上、0.0001%を下限としてもよい。
「S:0.1000%以下」
Sは、不純物元素であり、鋼中に介在物を形成する。この介在物は破壊の起点となるため、S含有量は0.1000%以下とする。S含有量は、好ましくは0.0500%以下、0.0200%以下、または0.0100%以下である。S含有量の下限は特に限定しないが、0.0001%未満に低減すると、脱Sコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくないため、実操業上、0.0001%を下限としてもよい。
Sは、不純物元素であり、鋼中に介在物を形成する。この介在物は破壊の起点となるため、S含有量は0.1000%以下とする。S含有量は、好ましくは0.0500%以下、0.0200%以下、または0.0100%以下である。S含有量の下限は特に限定しないが、0.0001%未満に低減すると、脱Sコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくないため、実操業上、0.0001%を下限としてもよい。
「N:0.0100%以下」
Nは、不純物元素であり、鋼中に窒化物を形成する。この窒化物は破壊の起点となるため、N含有量は0.0100%以下とする。N含有量は、好ましくは0.0050%以下、または0.0040%以下である。N含有量の下限は特に限定しないが、0.0001%未満に低減すると、脱Nコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくないため、実操業上、0.0001%を下限としてもよい。
Nは、不純物元素であり、鋼中に窒化物を形成する。この窒化物は破壊の起点となるため、N含有量は0.0100%以下とする。N含有量は、好ましくは0.0050%以下、または0.0040%以下である。N含有量の下限は特に限定しないが、0.0001%未満に低減すると、脱Nコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくないため、実操業上、0.0001%を下限としてもよい。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体の化学組成の残部は、Fe及び不純物であってもよい。不純物としては、鋼原料もしくはスクラップから及び/又は製鋼過程で不可避的に混入し、本実施形態に係るホットスタンプ成形体の特性を阻害しない範囲で許容される元素が例示される。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、Feの一部に代えて、任意元素として、以下の元素を含有してもよい。以下の任意元素を含有しない場合の含有量は0%である。
「Nb:0~0.15%」
「Ti:0~0.150%」
NbおよびTiは、ホットスタンプ前の加熱において旧オーステナイト粒を細粒化し、オーステナイトからベイナイトまたはマルテンサイトへの変態時に旧オーステナイト粒の変形を抑制することで、大傾角粒界の割合を高める。この効果を確実に発揮させる場合、Nb:0.01%以上およびTi:0.010%以上のいずれか1種以上を含有することが好ましい。一方、Nb含有量を0.15%超、またはTi含有量を0.150%超としても上記効果は飽和するので、Nb含有量は0.15%以下およびTi含有量は0.150%以下とすることが好ましい。
「Ti:0~0.150%」
NbおよびTiは、ホットスタンプ前の加熱において旧オーステナイト粒を細粒化し、オーステナイトからベイナイトまたはマルテンサイトへの変態時に旧オーステナイト粒の変形を抑制することで、大傾角粒界の割合を高める。この効果を確実に発揮させる場合、Nb:0.01%以上およびTi:0.010%以上のいずれか1種以上を含有することが好ましい。一方、Nb含有量を0.15%超、またはTi含有量を0.150%超としても上記効果は飽和するので、Nb含有量は0.15%以下およびTi含有量は0.150%以下とすることが好ましい。
「Mo:0~1.00%」
「Cr:0~1.00%」
「Cu:0~1.00%」
「V :0~1.00%」
「W :0~1.00%」
「Ni:0~3.00%」
Mo、Cr、Cu、V、WおよびNiは、ホットスタンプ前の加熱において旧オーステナイト粒に固溶することで、ホットスタンプ成形体の強度を高める作用を有する。これにより、オーステナイトからベイナイトまたはマルテンサイトへの変態時に旧オーステナイト粒の変形を抑制し、大傾角粒界の割合を高めることができる。この効果を確実に得る場合、Mo:0.005%以上、Cr:0.005%以上、Cu:0.001%以上、V:0.0005%以上、W:0.001%以上およびNi:0.001%以上のいずれか1種以上を含有させることが好ましい。一方、これらの元素を多量に含有させても上記効果は飽和するため、Mo含有量、Cr含有量、Cu含有量、V含有量およびW含有量はそれぞれ1.00%以下、Ni含有量は3.00%以下とすることが好ましい。
「Cr:0~1.00%」
「Cu:0~1.00%」
「V :0~1.00%」
「W :0~1.00%」
「Ni:0~3.00%」
Mo、Cr、Cu、V、WおよびNiは、ホットスタンプ前の加熱において旧オーステナイト粒に固溶することで、ホットスタンプ成形体の強度を高める作用を有する。これにより、オーステナイトからベイナイトまたはマルテンサイトへの変態時に旧オーステナイト粒の変形を抑制し、大傾角粒界の割合を高めることができる。この効果を確実に得る場合、Mo:0.005%以上、Cr:0.005%以上、Cu:0.001%以上、V:0.0005%以上、W:0.001%以上およびNi:0.001%以上のいずれか1種以上を含有させることが好ましい。一方、これらの元素を多量に含有させても上記効果は飽和するため、Mo含有量、Cr含有量、Cu含有量、V含有量およびW含有量はそれぞれ1.00%以下、Ni含有量は3.00%以下とすることが好ましい。
「Mg:0~1.00%」
「Zr:0~1.00%」
「Sb:0~1.00%」
「Ca:0~0.10%」
「REM:0~0.30%」
Mg、Zr、Sb、CaおよびREMは、破壊の起点となる酸化物の生成を抑制することで変形能を向上し、ホットスタンプ成形体の衝突特性を高める元素である。この効果を確実に得る場合、Mg、Zr、Sb、CaおよびREMのいずれか1種でもその含有量を0.001%以上とすることが好ましい。一方、これらの元素を多量に含有させても上記効果は飽和するため、Mg含有量、Zr含有量、Sb含有量はそれぞれ1.00%以下、Ca含有量は0.10%以下、REM含有量は0.30%以下とすることが好ましい。
なお、本実施形態においてREMとは、Sc、Y及びランタノイドからなる合計17元素を指し、REMの含有量とはこれらの元素の合計含有量を指す。
「Zr:0~1.00%」
「Sb:0~1.00%」
「Ca:0~0.10%」
「REM:0~0.30%」
Mg、Zr、Sb、CaおよびREMは、破壊の起点となる酸化物の生成を抑制することで変形能を向上し、ホットスタンプ成形体の衝突特性を高める元素である。この効果を確実に得る場合、Mg、Zr、Sb、CaおよびREMのいずれか1種でもその含有量を0.001%以上とすることが好ましい。一方、これらの元素を多量に含有させても上記効果は飽和するため、Mg含有量、Zr含有量、Sb含有量はそれぞれ1.00%以下、Ca含有量は0.10%以下、REM含有量は0.30%以下とすることが好ましい。
なお、本実施形態においてREMとは、Sc、Y及びランタノイドからなる合計17元素を指し、REMの含有量とはこれらの元素の合計含有量を指す。
「B:0~0.0100%」
Bは、旧オーステナイト粒界に偏析してフェライトおよびパーライトの生成を抑制する元素である。この効果を確実に発揮させる場合、B含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。一方、0.0100%を超えてBを含有させても上記効果は飽和するため、B含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。
Bは、旧オーステナイト粒界に偏析してフェライトおよびパーライトの生成を抑制する元素である。この効果を確実に発揮させる場合、B含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。一方、0.0100%を超えてBを含有させても上記効果は飽和するため、B含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。
上述したホットスタンプ成形体の化学組成は、一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)を用いて測定すればよい。なお、CおよびSは燃焼-赤外線吸収法を用い、Nは不活性ガス融解-熱伝導度法を用いて測定すればよい。ホットスタンプ成形体の表面にめっき層を備える場合は、機械研削によりめっき層を除去してから化学組成の分析を行えばよい。
次に、本実施形態に係るホットスタンプ成形体のミクロ組織について説明する。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界(大傾角粒界)の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有する。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界(大傾角粒界)の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有する。
なお、本実施形態では、ホットスタンプ成形体の表面から板厚の1/4の深さ位置(表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域)のミクロ組織を規定する。この深さ位置が、ホットスタンプ成形体の表面と板厚中心位置との中間点であり、当該位置におけるミクロ組織が、ホットスタンプ成形体の鋼組織を代表する(ホットスタンプ成形体全体の平均的なミクロ組織を示す)からである。
「残留オーステナイト:10%以上、20%未満」
所定量の残留オーステナイトを含むことで、ホットスタンプ成形体においてひずみ分散特性が向上する。残留オーステナイトが10%未満または20%以上であると、所望のひずみ分散特性を得ることができない。そのため、残留オーステナイトは10%以上、20%未満とする。
所定量の残留オーステナイトを含むことで、ホットスタンプ成形体においてひずみ分散特性が向上する。残留オーステナイトが10%未満または20%以上であると、所望のひずみ分散特性を得ることができない。そのため、残留オーステナイトは10%以上、20%未満とする。
「フレッシュマルテンサイト:5~15%」
フレッシュマルテンサイトは、ホットスタンプ成形体の強度を向上させる。フレッシュマルテンサイトが5%未満であると、所望のひずみ分散特性を得ることができない。そのため、フレッシュマルテンサイトは5%以上とする。好ましくは7%以上である。一方、フレッシュマルテンサイトが15%超であると、ホットスタンプ成形体において最大曲げ角が低下する、すなわち曲げ性が低下する。そのため、フレッシュマルテンサイトは15%以下とする。好ましくは12%以下である。
フレッシュマルテンサイトは、ホットスタンプ成形体の強度を向上させる。フレッシュマルテンサイトが5%未満であると、所望のひずみ分散特性を得ることができない。そのため、フレッシュマルテンサイトは5%以上とする。好ましくは7%以上である。一方、フレッシュマルテンサイトが15%超であると、ホットスタンプ成形体において最大曲げ角が低下する、すなわち曲げ性が低下する。そのため、フレッシュマルテンサイトは15%以下とする。好ましくは12%以下である。
「ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイト:合計で65~85%」
ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトは、ホットスタンプ成形体の強度を向上させる。ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトが合計で65%未満であると、所望の強度を得ることができない。そのため、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトは合計で65%以上とする。好ましくは70%以上である。一方、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトが合計で85%超であると、所望のひずみ分散特性を得ることができない。そのため、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトは合計で85%以下とする。好ましくは80%以下である。
ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトは、ホットスタンプ成形体の強度を向上させる。ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトが合計で65%未満であると、所望の強度を得ることができない。そのため、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトは合計で65%以上とする。好ましくは70%以上である。一方、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトが合計で85%超であると、所望のひずみ分散特性を得ることができない。そのため、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトは合計で85%以下とする。好ましくは80%以下である。
「残部組織:5%未満」
本実施形態に係るホットスタンプ成形体のミクロ組織中には、残部組織として、フェライト、パーライトおよびグラニュラーベイナイトが含まれる場合がある。残部組織の面積率が高いと、所望の強度および衝突特性を得ることができない。そのため、残部組織は5%未満とする。好ましくは4%以下、3%以下、2%以下、または1%以下である。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体のミクロ組織中には、残部組織として、フェライト、パーライトおよびグラニュラーベイナイトが含まれる場合がある。残部組織の面積率が高いと、所望の強度および衝突特性を得ることができない。そのため、残部組織は5%未満とする。好ましくは4%以下、3%以下、2%以下、または1%以下である。
「残留オーステナイト、並びにベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの面積率の測定」
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から表面に垂直な断面(板厚断面)が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる大きさとする。
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から表面に垂直な断面(板厚断面)が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる大きさとする。
上記サンプルの断面を#600から#1500の炭化珪素ペーパーを使用して研磨した後、粒度1~6μmのダイヤモンドパウダーをアルコール等の希釈液や純水に分散させた液体を使用して鏡面に仕上げる。次に、室温においてアルカリ性溶液を含まないコロイダルシリカを用いて8分間研磨し、サンプルの表層に導入されたひずみを除去する。サンプル断面の長手方向の任意の位置において、長さ50μm、表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域を、0.1μmの測定間隔で電子後方散乱回折法により測定して結晶方位情報を得る。測定には、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡(JEOL製JSM-7001F)とEBSD検出器(TSL製DVC5型検出器)とで構成されたEBSD装置を用いる。この際、EBSD装置内の真空度は9.6×10-5Pa以下、加速電圧は15kV、照射電流レベルは13、電子線の照射レベルは62とする。得られた結晶方位情報をEBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Phase Map」機能を用いて、残留オーステナイトの面積率を算出する。結晶構造がfccであるものを残留オーステナイトと判断する。
次に、結晶構造がbccであるものをベイナイト、焼き戻しマルテンサイト、フレッシュマルテンサイト、グラニュラーベイナイトおよびフェライトと判断し、これらの領域について、EBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Grain Average Misorientation」機能を用いて、Grain Average Image Quality値が60000未満の領域をベイナイト、焼き戻しマルテンサイト、フレッシュマルテンサイトと判定し、これらの面積率の合計を算出することで、「ベイナイト、焼き戻しマルテンサイト、フレッシュマルテンサイト」の合計の面積率を得る。上述の方法により得た「ベイナイト、焼き戻しマルテンサイトおよびフレッシュマルテンサイト」の合計の面積率から、後述の方法により得られるフレッシュマルテンサイトの面積率を差し引くことで、「ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイト」の合計の面積率を得る。
「フレッシュマルテンサイトおよび残部組織の面積率の測定」
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から表面に垂直な断面(板厚断面)が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる大きさとする。
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から表面に垂直な断面(板厚断面)が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる大きさとする。
上記サンプルの断面を#600から#1500の炭化珪素ペーパーを使用して研磨した後、粒度1~6μmのダイヤモンドパウダーをアルコール等の希釈液や純水に分散させた液体を使用して鏡面に仕上げ、ナイタールエッチングを施す。次いで、サンプル断面の長手方向の任意の位置における、長さ50μm、表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域において、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡(JEOL製JSM-7001F)を用いて複数視野の写真を撮影する。撮影写真上に等間隔の格子を描き、格子点における組織を同定する。各組織に該当する格子点数を求め、総格子点数で除することにより、各組織の面積率を得る。総格子点数が多いほど面積率を正確に求めることができる。本実施形態では、格子間隔は2μm×2μmとし、総格子点数は1500点とする。
粒内にセメンタイトがラメラ状に析出している領域をパーライトと判断する。輝度が小さく、かつ下部組織が認められない領域をフェライトと判断する。輝度が大きく、かつ下部組織がエッチングにより現出されていない領域をフレッシュマルテンサイトおよび残留オーステナイトと判断する。上記のいずれにも該当しない領域をグラニュラーベイナイトと判断する。フレッシュマルテンサイトの面積率については、撮影写真から求めたフレッシュマルテンサイトおよび残留オーステナイトの面積率から、上述のEBSD解析により求めた残留オーステナイトの面積率を差し引くことで得る。
「ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとの合計の長さに対して、回転角が55°~75°となる粒界(大傾角粒界)の長さの割合:30%以上」
大傾角粒界は、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの結晶粒に含まれる粒界のうち、最も高角度な粒界である。大傾角粒界は、衝突時に発生した亀裂の伝播を抑制する効果が高い。大傾角粒界の長さの割合が30%未満であると、ホットスタンプ成形体において所望の衝突特性を得ることができない。そのため、大傾角粒界の長さの割合は30%以上とする。好ましくは40%以上である。大傾角粒界の長さの割合の上限は、特に規定しないが、本実施形態に係る化学組成および製造方法によれば、実質的な上限は90%となる。
大傾角粒界は、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの結晶粒に含まれる粒界のうち、最も高角度な粒界である。大傾角粒界は、衝突時に発生した亀裂の伝播を抑制する効果が高い。大傾角粒界の長さの割合が30%未満であると、ホットスタンプ成形体において所望の衝突特性を得ることができない。そのため、大傾角粒界の長さの割合は30%以上とする。好ましくは40%以上である。大傾角粒界の長さの割合の上限は、特に規定しないが、本実施形態に係る化学組成および製造方法によれば、実質的な上限は90%となる。
「大傾角粒界の長さの割合の測定方法」
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から、表面に垂直な断面(板厚断面)が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる長さとする。切り出したサンプルについて、板厚1/4の深さ位置(表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域)を、0.1μmの測定間隔でEBSD解析して結晶方位情報を得る。ここでEBSD解析は、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡(JEOL製JSM-7001F)とEBSD検出器(TSL製DVC5型検出器)とで構成されたEBSD装置を用い、電子線の照射レベルを62で実施する。
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から、表面に垂直な断面(板厚断面)が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる長さとする。切り出したサンプルについて、板厚1/4の深さ位置(表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域)を、0.1μmの測定間隔でEBSD解析して結晶方位情報を得る。ここでEBSD解析は、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡(JEOL製JSM-7001F)とEBSD検出器(TSL製DVC5型検出器)とで構成されたEBSD装置を用い、電子線の照射レベルを62で実施する。
次に、得られた結晶方位情報に対して、EBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Grain Average Image Quality」機能を用いて、Grain Average Image Quality値が60000未満の領域をベイナイト、焼き戻しマルテンサイトおよびフレッシュマルテンサイトの結晶粒と判断し、これらの結晶粒の粒界のうち、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界について、<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとを算出し、それぞれの粒界の長さを合計した値に対する、回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合を算出する。これにより、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの結晶粒のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界(大傾角粒界)の長さとの合計の長さに対する、回転角が55°~75°となる粒界(大傾角粒界)の長さの割合を得る。
なお、残部組織の面積率の測定方法と同様の方法により撮影写真を得て、ベイナイト、焼き戻しマルテンサイトおよびフレッシュマルテンサイトの結晶粒からフレッシュマルテンサイトを判別して、ベイナイト、焼き戻しマルテンサイトおよびフレッシュマルテンサイトの結晶粒からフレッシュマルテンサイトを除外すればよい。大傾角粒界の測定において、フレッシュマルテンサイトの結晶粒の粒界を含めないのは、フレッシュマルテンサイトは高硬度であり破壊の起点となるためである。
上記の結晶粒界の長さは、例えば、EBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Inverse Pole Figure Map」および「Axis Angle」機能を用いれば、簡便に算出することが可能である。これらの機能では、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの結晶粒について、任意の方向を回転軸として、特定の回転角を指定することにより、当該粒界の合計の長さを算出することができる。測定領域に含まれる全ての結晶粒について上記解析を実施し、ベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として、前述の3種類の粒界の長さを算出すればよい。
「平均転位密度:4.0×1015m/m2以上」
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、平均転位密度が4.0×1015m/m2以上であってもよい。上述の化学組成を有し、且つ上述のミクロ組織、すなわち、面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有すれば、平均転位密度は必然的に4.0×1015m/m2以上となる。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、平均転位密度が4.0×1015m/m2以上であってもよい。上述の化学組成を有し、且つ上述のミクロ組織、すなわち、面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有すれば、平均転位密度は必然的に4.0×1015m/m2以上となる。
「平均転位密度の測定」
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から、サンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、20mm角程度の大きさとする。蒸留水48体積%、過酸化水素水48体積%、フッ化水素酸4体積%の混合溶液を用いて、サンプルを減厚する。この時、サンプルの表面と裏面とは同じ厚さずつ減厚され、減圧前のサンプル表面から板厚の1/4の深さ位置(表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域)が露出する。この露出した表面についてX線回折測定を行い、体心立方格子の複数の回折ピークを特定する。これらの回折ピークの半値幅から平均転位密度を解析することで、表層領域の平均転位密度を得る。解析法については、「T.Ungar、外3名、Journal of Applied Crystallography、1999年、第32巻、第992頁~第1002頁」に記載のmodified Williamson-Hall法を使用する。
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から、サンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、20mm角程度の大きさとする。蒸留水48体積%、過酸化水素水48体積%、フッ化水素酸4体積%の混合溶液を用いて、サンプルを減厚する。この時、サンプルの表面と裏面とは同じ厚さずつ減厚され、減圧前のサンプル表面から板厚の1/4の深さ位置(表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域)が露出する。この露出した表面についてX線回折測定を行い、体心立方格子の複数の回折ピークを特定する。これらの回折ピークの半値幅から平均転位密度を解析することで、表層領域の平均転位密度を得る。解析法については、「T.Ungar、外3名、Journal of Applied Crystallography、1999年、第32巻、第992頁~第1002頁」に記載のmodified Williamson-Hall法を使用する。
「体心構造を持つ結晶粒のラス幅:200nm以下」
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、体心構造を持つ結晶粒のラス幅が200nm以下であってもよい。上述の化学組成を有し、且つ上述のミクロ組織、すなわち、面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有すれば、体心構造を持つ結晶粒のラス幅は必然的に200nm以下となる。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、体心構造を持つ結晶粒のラス幅が200nm以下であってもよい。上述の化学組成を有し、且つ上述のミクロ組織、すなわち、面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有すれば、体心構造を持つ結晶粒のラス幅は必然的に200nm以下となる。
体心構造を持つ結晶粒のラス幅が200nm以下であれば、結晶粒微細化の効果が得られ、所望の引張強さを得ることができる。好ましくは180nm以下である。ラス幅は小さい程好ましいため、下限は特に規定しない。
「体心構造を持つ結晶粒のラス幅の測定」
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から、表面に垂直な断面(板厚断面)が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる長さとする。切り出したサンプルについて、板厚1/4の深さ位置(表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域)を、0.1μmの測定間隔でEBSD解析して結晶方位情報を得る。ここでEBSD解析は、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡(JEOL製JSM-7001F)とEBSD検出器(TSL製DVC5型検出器)とで構成されたEBSD装置を用い、電子線の照射レベルを62で実施する。
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた位置(この位置から採取できない場合は端部を避けた位置)から、表面に垂直な断面(板厚断面)が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる長さとする。切り出したサンプルについて、板厚1/4の深さ位置(表面から板厚の1/8深さ~表面から板厚の3/8深さの領域)を、0.1μmの測定間隔でEBSD解析して結晶方位情報を得る。ここでEBSD解析は、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡(JEOL製JSM-7001F)とEBSD検出器(TSL製DVC5型検出器)とで構成されたEBSD装置を用い、電子線の照射レベルを62で実施する。
次に、得られた結晶方位情報に対してEBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Invere Pole Figure」機能を用いて、体心構造を持つ結晶粒のみのInvere Pole Figure像を描き、結晶方位差が8°以内の結晶粒を一つのラス(一般的にはブロックと呼ばれるが本実施形態ではラスと表現する)とみなし、ラスの短軸方向の長さを測定する。20個以上のラスの短軸方向の長さを測定し、それらの平均値を算出することで、体心構造を持つ結晶粒のラス幅を得る。
「板厚および引張強さ」
本実施形態に係るホットスタンプ成形体の板厚は特に限定しないが、車体軽量化の観点から、0.5~3.5mmとすることが好ましい。また、車体軽量化の観点から、ホットスタンプ成形体の引張強さは1500MPa以上とすることが好ましい。より好ましくは、1800MPa以上、2000MPa以上である。引張強さの上限は特に規定しないが、2600MPa以下としてもよい。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体の板厚は特に限定しないが、車体軽量化の観点から、0.5~3.5mmとすることが好ましい。また、車体軽量化の観点から、ホットスタンプ成形体の引張強さは1500MPa以上とすることが好ましい。より好ましくは、1800MPa以上、2000MPa以上である。引張強さの上限は特に規定しないが、2600MPa以下としてもよい。
「めっき層」
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、耐食性の向上等を目的として、表面にめっき層が形成されていてもよい。めっき層は、電気めっき層及び溶融めっき層のいずれでもよい。電気めっき層は、例えば、電気亜鉛めっき層、電気Zn-Ni合金めっき層等を含む。溶融めっき層は、例えば、溶融亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、溶融アルミニウムめっき層、溶融Zn-Al合金めっき層、溶融Zn-Al-Mg合金めっき層、溶融Zn-Al-Mg-Si合金めっき層等を含む。めっき層の付着量は、特に制限されず一般的な付着量でよい。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、耐食性の向上等を目的として、表面にめっき層が形成されていてもよい。めっき層は、電気めっき層及び溶融めっき層のいずれでもよい。電気めっき層は、例えば、電気亜鉛めっき層、電気Zn-Ni合金めっき層等を含む。溶融めっき層は、例えば、溶融亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、溶融アルミニウムめっき層、溶融Zn-Al合金めっき層、溶融Zn-Al-Mg合金めっき層、溶融Zn-Al-Mg-Si合金めっき層等を含む。めっき層の付着量は、特に制限されず一般的な付着量でよい。
「ホットスタンプ成形体の製造方法」
次に、本実施形態に係るホットスタンプ成形体の好ましい製造方法について説明する。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、常法により製造した冷延鋼板に対し、あるいは表面にめっき層を備えた冷延鋼板に対し、ホットスタンプを行い、ホットスタンプ後に低温域で保持を行った後、冷却することで製造することができる。
次に、本実施形態に係るホットスタンプ成形体の好ましい製造方法について説明する。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、常法により製造した冷延鋼板に対し、あるいは表面にめっき層を備えた冷延鋼板に対し、ホットスタンプを行い、ホットスタンプ後に低温域で保持を行った後、冷却することで製造することができる。
「ホットスタンプ前の加熱および保持」
ホットスタンプ前に、800~1000℃の温度域で、60~600秒間保持することが好ましい。加熱温度が800℃未満、または保持時間が60秒未満では、十分にオーステナイト化することができず、ホットスタンプ成形体において所望量のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトを得ることができない場合がある。加熱温度が1000℃超、または保持時間が600秒超では、オーステナイト粒径の粗大化によりベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトへの変態が遅延し、所望量のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトを得ることができない場合がある。
ホットスタンプ前に、800~1000℃の温度域で、60~600秒間保持することが好ましい。加熱温度が800℃未満、または保持時間が60秒未満では、十分にオーステナイト化することができず、ホットスタンプ成形体において所望量のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトを得ることができない場合がある。加熱温度が1000℃超、または保持時間が600秒超では、オーステナイト粒径の粗大化によりベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトへの変態が遅延し、所望量のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトを得ることができない場合がある。
加熱時の平均加熱速度は0.1℃/s以上、200℃/s以下とすればよい。ここでいう平均加熱速度は、加熱開始時の鋼板表面温度と保持温度との温度差を、加熱開始時から保持温度まで達した時までの時間差で除した値である。また、上記の保持において、800~1000℃の温度域で鋼板温度を変動させてもよく、一定としてもよい。
ホットスタンプ前の加熱方法としては、電気炉やガス炉等による加熱、火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等が挙げられる。
「ホットスタンプ後の冷却」
上述の加熱および保持の後、ホットスタンプを行う。ホットスタンプ後には、150~300℃の温度域まで、1.0~100℃/sの平均冷却速度で冷却を行うことが好ましい。ホットスタンプ後の冷却において、冷却停止温度が150℃未満であると、格子欠陥の導入が促進されすぎて所望の転位密度を得ることができない場合がある。冷却停止温度が300℃超であると、旧オーステナイト粒の硬度が低くなり、所望量の大傾角粒界を形成させることができない場合がある。また、平均冷却速度が1.0℃/s未満であると、フェライトやグラニュラーベイナイト、パーライトへの変態が促進してしまい、所望量のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトを得ることができない場合がある。平均冷却速度が100℃/s超であると、焼き戻しマルテンサイトおよびベイナイトへの変態の駆動力が大きくなり、変態によって導入されるひずみを緩和する作用が小さくなり、所望量の大傾角粒界を得ることが難しくなる。なお、ここでいう平均冷却速度とは、冷却開始時の鋼板表面温度と冷却停止温度との温度差を、冷却開始時から冷却停止時までの時間差で除した値である。
上述の加熱および保持の後、ホットスタンプを行う。ホットスタンプ後には、150~300℃の温度域まで、1.0~100℃/sの平均冷却速度で冷却を行うことが好ましい。ホットスタンプ後の冷却において、冷却停止温度が150℃未満であると、格子欠陥の導入が促進されすぎて所望の転位密度を得ることができない場合がある。冷却停止温度が300℃超であると、旧オーステナイト粒の硬度が低くなり、所望量の大傾角粒界を形成させることができない場合がある。また、平均冷却速度が1.0℃/s未満であると、フェライトやグラニュラーベイナイト、パーライトへの変態が促進してしまい、所望量のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトを得ることができない場合がある。平均冷却速度が100℃/s超であると、焼き戻しマルテンサイトおよびベイナイトへの変態の駆動力が大きくなり、変態によって導入されるひずみを緩和する作用が小さくなり、所望量の大傾角粒界を得ることが難しくなる。なお、ここでいう平均冷却速度とは、冷却開始時の鋼板表面温度と冷却停止温度との温度差を、冷却開始時から冷却停止時までの時間差で除した値である。
「低温保持」
150~300℃の温度域で、1.0~50時間の低温保持を行うことが好ましい。低温保持中には、オーステナイトから変態したマルテンサイトから、未変態のオーステナイトに炭素が分配される。炭素が濃化したオーステナイトは、マルテンサイトに変態することなく、低温保持後の冷却を終えた後であっても、残留オーステナイトとして残存する。また、上記の条件で低温保持を行うことで、炭素が濃化したオーステナイトが高硬度となるため、大傾角粒界の割合を高めることができる。
150~300℃の温度域で、1.0~50時間の低温保持を行うことが好ましい。低温保持中には、オーステナイトから変態したマルテンサイトから、未変態のオーステナイトに炭素が分配される。炭素が濃化したオーステナイトは、マルテンサイトに変態することなく、低温保持後の冷却を終えた後であっても、残留オーステナイトとして残存する。また、上記の条件で低温保持を行うことで、炭素が濃化したオーステナイトが高硬度となるため、大傾角粒界の割合を高めることができる。
保持温度が150℃未満、または保持時間が1.0時間未満であると、マルテンサイトから未変態のオーステナイトへ炭素が十分に分配されず、所望量の残留オーステナイトを得ることができない場合がある。また、大傾角粒界の割合が減少する。保持温度が300℃超であると、旧オーステナイト粒の硬度が低下し、所望量の大傾角粒界を得ることができない場合がある。保持時間が50時間超であると、所望のフレッシュマルテンサイトを得ることができない場合がある。低温保持では、150~300℃の温度域で鋼板温度を変動させてもよく、一定としてもよい。
低温保持は、特に限定しないが、例えば、ホットスタンプ後の鋼板を加熱炉に搬送して行えばよい。
なお、ホットスタンプして冷却した後、且つ低温保持前に300℃以上の温度域に加熱すると、ベイナイトが生成してしまい、結果として、所望量の大傾角粒界を得ることができなくなる。そのため、本実施形態に係るホットスタンプ成形体を製造する際に、ホットスタンプして冷却した後、且つ低温保持前に、300℃以上の温度域に加熱することは望ましくない。
「低温保持後の冷却」
低温保持後は、1.0~100℃/sの平均冷却速度で、80℃以下まで冷却することが好ましい。平均冷却速度が1.0℃/s未満、または冷却停止温度が80℃超であると、残留オーステナイトが分解し、所望量の残留オーステナイトを得ることができない場合がある。平均冷却速度が100℃/s超であると冷却装置に負荷がかかる。ここでいう平均冷却速度とは、低温保持後の冷却開始時の鋼板表面温度と冷却停止温度との温度差を、冷却開始時から冷却停止時までの時間差で除した値である。
低温保持後は、1.0~100℃/sの平均冷却速度で、80℃以下まで冷却することが好ましい。平均冷却速度が1.0℃/s未満、または冷却停止温度が80℃超であると、残留オーステナイトが分解し、所望量の残留オーステナイトを得ることができない場合がある。平均冷却速度が100℃/s超であると冷却装置に負荷がかかる。ここでいう平均冷却速度とは、低温保持後の冷却開始時の鋼板表面温度と冷却停止温度との温度差を、冷却開始時から冷却停止時までの時間差で除した値である。
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
表1および表2に示す化学組成の溶鋼を鋳造して製造した鋼片に対し、熱間圧延、冷間圧延を施し、必要に応じてめっきを付与することで、冷延鋼板を得た。次に、冷延鋼板に対し、表3~5に示す条件で、表3~5に示すホットスタンプ成形体を製造した。
なお、ホットスタンプ前の加熱における平均加熱速度は0.1~200℃/sとし、ホットスタンプ後の冷却は150~300℃の温度域まで行い、低温保持後の冷却は80℃以下まで行った。また、表3の製造No.18には溶融アルミニウムめっき層、製造No.19には溶融亜鉛めっき層を付与した。
表5の製造No.57は、ホットスタンプして冷却した後、且つ低温保持前に、300~560℃の温度域で30秒間保持してから、表5に示す低温保持を行った。
表中の下線は、本発明の範囲外であること、好ましい製造条件を外れること又は特性値が好ましくないことを示す。表3~5中のγrは残留オーステナイトを示し、FMはフレッシュマルテンサイトを示し、Bはベイナイトを示し、TMは焼き戻しマルテンサイトを示す。
ホットスタンプ成形体のミクロ組織について、各組織の面積率の測定、大傾角粒界の長さの割合の測定、転位密度の測定および体心構造を持つ結晶粒のラス幅の測定は、上述の測定方法により行った。また、ホットスタンプ成形体の機械特性は、以下の方法により評価した。
「引張強さ」
ホットスタンプ成形体の引張強さは、ホットスタンプ成形体の任意の位置からJIS Z 2241:2011に記載の5号試験片を作製し、JIS Z 2241:2011に記載の試験方法に従って求めた。なお、クロスヘッド速度は3mm/minとした。引張強さが1500MPa以上の場合を強度に優れるとして合格と判定し、1500MPa未満の場合を強度に劣るとして不合格と判定した。
ホットスタンプ成形体の引張強さは、ホットスタンプ成形体の任意の位置からJIS Z 2241:2011に記載の5号試験片を作製し、JIS Z 2241:2011に記載の試験方法に従って求めた。なお、クロスヘッド速度は3mm/minとした。引張強さが1500MPa以上の場合を強度に優れるとして合格と判定し、1500MPa未満の場合を強度に劣るとして不合格と判定した。
「衝突特性(ひずみ分散特性評価)」
ホットスタンプ成形体の衝突特性(ひずみ分散特性および曲げ性)を評価するにあたり、本実施例では、ドイツ自動車工業会で規定されたVDA基準(VDA238-100)に基づいて、最大曲げ角および曲げ角40°における変形領域で評価した。VDA試験は以下の条件で行った。
本実施例では、VDA試験によって得られた最大曲げ角が60°以上となる場合を曲げ性に優れると判断して合格と判定し、60°未満の場合を曲げ性に劣ると判断して不合格と判定した。
ホットスタンプ成形体の衝突特性(ひずみ分散特性および曲げ性)を評価するにあたり、本実施例では、ドイツ自動車工業会で規定されたVDA基準(VDA238-100)に基づいて、最大曲げ角および曲げ角40°における変形領域で評価した。VDA試験は以下の条件で行った。
本実施例では、VDA試験によって得られた最大曲げ角が60°以上となる場合を曲げ性に優れると判断して合格と判定し、60°未満の場合を曲げ性に劣ると判断して不合格と判定した。
試験片寸法:60mm(圧延方向)×30mm(板幅方向に平行な方向)
試験片板厚:1.01~1.05mm(表裏面を同量ずつ研削)
曲げ稜線:板幅方向に平行な方向
試験方法:ロール支持、ポンチ押し込み
ロール径:φ30mm
ポンチ形状:先端R=0.4mm
ロール間距離:2.0×板厚(mm)+0.5mm
押し込み速度:20mm/min
試験機:島津製作所 AG-100KNI
試験片板厚:1.01~1.05mm(表裏面を同量ずつ研削)
曲げ稜線:板幅方向に平行な方向
試験方法:ロール支持、ポンチ押し込み
ロール径:φ30mm
ポンチ形状:先端R=0.4mm
ロール間距離:2.0×板厚(mm)+0.5mm
押し込み速度:20mm/min
試験機:島津製作所 AG-100KNI
ひずみ分散特性は、VDA曲げ試験後の曲げ角40°における変形領域で評価した。VDA試験に供する前の試験片表面の中央部に、レーザー照射によって100μm間隔の格子状のグリットを幅方向に10個×長さ方向に20個(合計200個)刻印した。上記と同様の試験条件でVDA試験を行い、曲げ角が40°に到達した時点で試験を停止した。レーザー顕微鏡を用いて、各格子において曲げ稜線と垂直な方向の格子間距離を測定し、それを100μmで除した値を算出し、各格子における変形量を得た。変形量が1.05以上となった格子の曲げ稜線と垂直な方向の格子間距離の合計の長さを算出することで、変形領域の長さを得た。本実施例では、変形領域の長さが500μm以上となった場合をひずみ分散特性に優れると判断して合格と判定し、変形領域の長さが500μm未満となった場合をひずみ分散特性に劣ると判断して不合格と判定した。
表3~5を見ると、化学組成およびミクロ組織が本発明の範囲内であるホットスタンプ成形体は、優れた強度および衝突特性を有することが分かる。
一方、化学組成およびミクロ組織のうちいずれか1つ以上が本発明を外れるホットスタンプ成形体は、強度および衝突特性のうち1つ以上が劣ることが分かる。
一方、化学組成およびミクロ組織のうちいずれか1つ以上が本発明を外れるホットスタンプ成形体は、強度および衝突特性のうち1つ以上が劣ることが分かる。
本発明に係る上記態様によれば、強度および衝突特性に優れたホットスタンプ成形体を得ることができる。
Claims (2)
- 化学組成が、質量%で、
C :0.15~1.00%、
Si:0.50~3.00%、
Mn:3.00%超、5.00%以下、
Al:0.100~3.000%、
Co:0.100~3.000%、
P :0.100%以下、
S :0.1000%以下、
N :0.0100%以下、
Nb:0~0.15%、
Ti:0~0.150%、
Mo:0~1.00%、
Cr:0~1.00%、
Cu:0~1.00%、
V :0~1.00%、
W :0~1.00%、
Ni:0~3.00%、
Mg:0~1.00%、
Zr:0~1.00%、
Sb:0~1.00%、
Ca:0~0.10%、
REM:0~0.30%、および
B :0~0.0100%を含有し、
残部がFeおよび不純物からなり、
面積率で、10%以上、20%未満の残留オーステナイトと、5~15%のフレッシュマルテンサイトと、合計で65~85%のベイナイトおよび焼き戻しマルテンサイトと、5%未満の残部組織とからなり、
前記ベイナイトおよび前記焼き戻しマルテンサイトの結晶粒の粒界のうち<011>方向を回転軸として回転角が4°~12°となる粒界の長さと、回転角が49°~54°となる粒界の長さと、回転角が55°~75°となる粒界の長さとの合計の長さに対して、前記回転角が55°~75°となる粒界の長さの割合が30%以上であるミクロ組織を有する
ことを特徴とするホットスタンプ成形体。 - 前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.01~0.15%、
Ti:0.010~0.150%、
Mo:0.005~1.00%、
Cr:0.005~1.00%、
Cu:0.001~1.00%、
V :0.0005~1.00%、
W :0.001~1.00%、
Ni:0.001~3.00%、
Mg:0.001~1.00%、
Zr:0.001~1.00%、
Sb:0.001~1.00%、
Ca:0.001~0.10%、
REM:0.001~0.30%、および
B:0.0005~0.0100%
からなる群のうち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に記載のホットスタンプ成形体。
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