JP7353768B2 - ホットスタンプ用鋼板 - Google Patents
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Description
質量%で、
C:0.25%以上、0.4%以下、
Si:1.05%以上、1.4%以下、
Mn:0%以上、1.4%以下、
Cr:0.6%以上、3.0%以下、
P:0%以上、0.03%以下、
S:0%以上、0.02%以下、
Al:0.01%以上、1%以下、
N:0%以上、0.01%以下、
B:0.0005%以上、0.005%以下、および
Ti:0.005%以上、0.1%以下
を含有し、残部が鉄および不可避不純物である。このホットスタンプ用鋼板は、C含有量を[C]、Si含有量を[Si]、Mn含有量を[Mn]、Cr含有量を[Cr]としたときに、下記(1)の関係式を満たすことにより、強度と靱性のバランスに加えて硬度安定性に優れるものである。
質量%で、
Mo:0%以上、1.0%以下、
Nb:0%以上、0.1%以下、および
V:0%以上、0.1%以下よりなる群から選ばれる1種以上を含有していてもよい。
質量%で、
Cu:0%以上、0.5%以下、および
Ni:0%以上、0.5%以下よりなる群から選ばれる1種以上を含有していてもよい。
本実施形態に係るホットスタンプ用鋼板は、
質量%で、
C:0.25%以上、0.4%以下、
Si:1.05%以上、1.4%以下、
Mn:0%以上、1.4%以下、
Cr:0.6%以上、3.0%以下、
P:0%以上、0.03%以下、
S:0%以上、0.02%以下、
Al:0.01%以上、1%以下、
N:0%以上、0.01%以下、
B:0.0005%以上、0.005%以下、および
Ti:0.005%以上、0.1%以下を含有し、残部が鉄および不可避不純物である。このホットスタンプ用鋼板は、C含有量を[C]、Si含有量を[Si]、Mn含有量を[Mn]、Cr含有量を[Cr]としたときに、下記(1)の関係式を満たすことにより、強度と靱性のバランスに加えて硬度安定性に優れるものである。
C含有量は、金型冷却後における鋼板の強度を決定する。鋼板の十分な強度を得るために、C含有量は、0.25質量%以上となっており、0.255質量%以上であることが好ましく、0.260質量%以上であることがより好ましい。
Siは、焼戻し軟化抵抗を高めることにより、鋼板の硬度安定性に寄与する。またSiは、鋼板の表面にめっきを施さない場合には、金型冷却後におけるスケール剥がれを防止する効果も有する。これらの効果を発揮させるために、Si含有量は、1.05質量%以上となっている。
Mnは、本実施形態に係るホットスタンプ用鋼板に含まれる重要な元素の1つであり、鋼板の焼入れ性を高めることにより金型冷却後の鋼板の高強度化に寄与する。この効果を発揮させるために、Mn含有量は、0.5質量%以上であることが好ましく、0.6質量%以上であることがより好ましく、0.8質量%以上であることがさらに好ましい。
Crは、本実施形態に係るホットスタンプ用鋼板における重要な元素の1つである。金型冷却後の鋼板の強度と靱性を両立させる検討の中で、Crは低冷却速度(例えば10℃/s)での硬度の確保に寄与するとともに、金型冷却中において粗大な炭化物の析出の抑制に寄与することで、低温環境での衝撃的な応力を負荷された場合の脆性的な破壊を抑制していることが確認された。これらの効果を発揮させるために、Cr含有量は、0.6質量%以上となっており、0.8質量%以上であることが好ましく、1.05質量%以上であることがより好ましい。
Pは、部材の溶接性、靱性及び表面疵防止の観点から、含有量の上限を規定する必要がある。このため、P含有量は、0.03質量%以下となっており、0.025質量%以下であることが好ましく、0.02質量%以下であることがより好ましい。
Sは、MnSを生成することによりMnの濃度分布の均一性を低下させ、また鋼板の溶接性を劣化させる。このため、S含有量は、0.02質量%以下となっており、0.018質量%以下であることが好ましく、0.015質量%以下であることがより好ましい。
Alは、脱酸剤として作用する元素である。この効果を発揮させるために、Al含有量は、0.01質量%以上となっており、0.015質量%以上であることが好ましい。
Nは、鋼板中に不可避的に混入する元素である。鋼板中にNが過剰に含まれると、Nがホウ化物を生成することにより鋼板中の固溶Bの量が低下し、焼入れ性の劣化を招く。このため、N含有量は、0.01質量%以下となっており、0.008質量%以下であることが好ましく、0.005質量%以下であることがより好ましい。
Bは、鋼板の焼入れ性を向上させるために重要な元素である。鋼板にBを適量添加して焼入れ性を高めることにより、金型冷却後における鋼板の強度を安定して高めることができる。この効果を発揮させるために、B含有量は、0.0005質量%以上となっており、0.0010質量%以上であることが好ましく、0.0015質量%以上であることがより好ましい。
Tiは、TiNを生成することにより鋼板中におけるBNの生成量を少なくする。これにより、鋼板中における固溶Bの量が増加し、Bによる焼入れ性向上の効果を高めることができる。この効果を発揮させるために、Ti含有量は、0.0050質量%以上となっており、0.010質量%以上であることが好ましく、0.015質量%以上であることがより好ましい。
Moは、鋼板の焼入れ性の向上に寄与する元素である。この効果を発揮させるために、Mo含有量は、0.01質量%以上であることが好ましい。しかし、鋼板中にMoが過剰に含まれると、熱間成形前の鋼板の強度を上昇させてしまう。これを防ぐために、Mo含有量は、1.0質量%以下であることが好ましい。
NbおよびVは、微細な炭化物を形成し、ピン止め効果により鋼の組織を微細化する効果を有する。またVは、焼戻し時に析出することにより二次硬化の作用も有する。これらの効果を発揮させるために、Nb,V含有量は、いずれも、0.0008質量%以上であることが好ましい。
CuおよびNiは、部材の遅れ破壊特性を改善する必要がある場合に添加することが好ましい。しかし、鋼板中にCuおよびNiが過剰に含まれると、鋼板の表面、最終的には部材の表面における疵発生の原因となり得る。このため、CuおよびNiは、単独の含有量がそれぞれ0.5質量%以下であることが好ましく、合計の含有量が0.5質量%以下であることがより好ましい。
次に、上記本実施形態に係るホットスタンプ用鋼板を製造するための方法について説明する。
次に、上記プロセスにより製造された鋼板を用いたホットスタンプについて、図2を参照して説明する。まず、上記プロセスにより製造されたホットスタンプ用鋼板1を、所定の加熱炉2内においてオーステナイト変態温度以上にまで加熱する。そして、当該加熱後のホットスタンプ用鋼板1を金型3,4の間に設置し、当該ホットスタンプ用鋼板1を金型3,4により所望の形状にプレス成形する。この時、ホットスタンプ用鋼板1が金型3,4と接触することにより冷却され、成形と同時に焼入れが行われる。そして、焼入れ後の鋼板が、成形品5(成形部材)として金型3,4から取り出される。
まず、下記の表1のNo.1~17に示す成分組成を有する鋼(残部は鉄および不可避不純物)を溶製することにより、スラブを製造した。この溶製スラブを1200℃まで加熱した後30分間保持し、その後熱間圧延を行った。仕上温度は900±20℃とし、仕上板厚は2.8mmとした。その後、熱延鋼板を巻取温度(CT温度)まで20~30℃/sの冷却速度で冷却し、650℃で30分間保持した後、炉冷を行った。その後、熱延鋼板の酸洗を行い、冷間圧延により板厚が1.4mmとなるように鋼板を加工した。
まず、上記手順で作製した冷延鋼板を切断し、焼入れを行った。焼入れは、金型を模擬した平板を用いたダイクエンチ法を用いて下記の条件で行った(試験機:JISシャルピー衝撃試験機(300J))。
焼き入れ前鋼板寸法:1.4mm×70mm×150mm
鋼板温度:900℃
鋼板が900℃に達した後の鋼板温度保持時間:100秒
放冷時間:約15秒
ダイクエンチ開始温度:700℃
ダイクエンチ荷重:2000kgf
下死点保持時間:30秒
試験片高さh1:10mm±0.05mm
試験片長さL:55mm±0.6mm
試験片幅b:1.4mm±0.05mm
ノッチ形状:Vノッチ
ノッチ角度:45°±2°
ノッチ底半径:0.25mm±0.025mm
ノッチ下高さh2:8mm±0.05mm
試験片長手方向とノッチ対称面との角度:90°±2°
破面を取り除く隣り合う面間の角度:90°±2°
上記シャルピー衝撃試験の時と同じ条件でダイクエンチ法による焼入れを行った後、鋼板の表面におけるスケールの剥がれ具合を目視確認することにより、スケールの密着性を評価した。鋼板の表面においてスケール剥がれが生じた面積率が14%以下である場合は「○」と評価し、当該面積率が14%を超える場合は「×」と評価した。
まず、上記手順で作製した冷延鋼板を、図4に示す形状の試験片に加工した。図4中のL1が10mm、L2が2mm、L3が1.4mm、L4が0.7mm、L5が3mm、L6が1mmである。この試験片を用いて、下記の条件で焼入れを行った。
オーステナイト化するときの昇温速度:10℃/s
高温保持:900℃で100秒間保持
冷却速度:900℃から室温まで10℃/sまたは30℃/sで等速冷却
上記表1および表2に基づいて、以下の通り考察することができる。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.25%以上、0.4%以下、
Si:1.05%以上、1.4%以下、
Mn:0%以上、1.4%以下、
Cr:0.6%以上、3.0%以下、
P:0%以上、0.03%以下、
S:0%以上、0.02%以下、
Al:0.01%以上、1%以下、
N:0%以上、0.01%以下、
B:0.0005%以上、0.005%以下、および
Ti:0.005%以上、0.1%以下
を含有し(ただし、C:0.267%、Si:1.21%、Mn:1.24%、P:0.0040%、S:0.0011%、sol.Al:0.040%、N:0.0040%、O:0.0006%、B:0.0022%、Cr:0.63%、およびTi:0.020%である場合を除く)、残部が鉄および不可避不純物であり、
C含有量(質量%)を[C]、Si含有量(質量%)を[Si]、Mn含有量(質量%)を[Mn]、Cr含有量(質量%)を[Cr]、金型を用いて平板を焼入れしたときの-40℃のシャルピー衝撃試験における吸収エネルギーをA(J/cm2)、ホットスタンプ用鋼板をオーステナイト域まで加熱した後10℃/sの冷却速度で室温まで冷却して焼入れしたときの硬度をB(Hv)、ホットスタンプ用鋼板をオーステナイト域まで加熱した後30℃/sの冷却速度で室温まで冷却して焼入れした時の硬度をC(Hv)としたときに、下記(1)~(4)の関係式を満たすことを特徴とする、ホットスタンプ用鋼板。
- 質量%で、
Mo:0%以上、1.0%以下、
Nb:0%以上、0.1%以下、および
V:0%以上、0.1%以下よりなる群から選ばれる1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用鋼板。 - 質量%で、
Cu:0%以上、0.5%以下、および
Ni:0%以上、0.5%以下よりなる群から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載のホットスタンプ用鋼板。
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