JPWO2016063467A1 - 高強度ホットプレス部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)薄鋼板をホットプレス工法により成形してなるホットプレス部材であって、mass%で、C:0.090%以上0.30%未満、Mn:3.5%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%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、体積率で80%以上のマルテンサイト相と、体積率で3.0〜20.0%の残留オーステナイト相とからなる組織と、を有し、引張強さTS:1500MPa以上でかつ均一伸びuEl:6.0%以上の引張特性を有することを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(2)(1)において、前記組成を、mass%で、C:0.090%以上0.12%未満、Mn:4.5%以上6.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1500MPa以上1700MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(3)(1)において、前記組成を、mass%で、C:0.12%以上0.18%未満、Mn:3.5%以上5.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1500MPa以上1700MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(4)(1)において、前記組成を、mass%で、C:0.090%以上0.12%未満、Mn:6.5%以上8.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1700MPa以上1900MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(5)(1)において、前記組成を、mass%で、C:0.12%以上0.18%未満、Mn:5.5%以上7.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1700MPa以上1900MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(6)(1)において、前記組成を、mass%で、C:0.18%以上0.30%未満、Mn:3.5%以上4.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1800MPa以上1980MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(7)(1)において、前記組成を、mass%で、C:0.090%以上0.12%未満、Mn:8.5%以上11.0%以下、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:2000MPa以上2300MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(8)(1)において、前記組成を、mass%で、C:0.12%以上0.18%未満、Mn:7.5%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%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:2000MPa以上2300MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(9)(1)において、前記組成を、mass%で、C:0.18%以上0.30%未満、Mn:4.5%以上6.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:2000MPa以上2300MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(10)(1)ないし(9)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、mass%で、次A〜E群
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%、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%、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%、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%
のうちから選ばれた1群または2群以上を含有する組成とすることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(11)(1)ないし(10)のいずれかにおいて、前記高強度ホットプレス部材表面に、めっき層を有することを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(12)(11)において、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高強度ホットプレス部材。
(13)(12)において、前記Zn系めっき層が、Ni:10〜25mass%を含むZn−Ni系めっき層であることを特徴とする高強度ホットプレス部材。
(14)素材に、加熱工程とホットプレス成形工程とを施して所定形状のホットプレス部材とするホットプレス部材の製造方法であって、前記素材を、mass%で、C:0.090%以上0.30%未満、Mn:3.5%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%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する冷延鋼板に、Ac1変態点以上850℃以下の温度域の温度に加熱し、該温度で100s以上48h以下保持し、しかる後に冷却する処理を施してなる鋼板とし、前記加熱工程を、800〜1000℃の温度域の温度で600s以下(0sを含む)保持する工程とし、前記ホットプレス成形工程を、前記加熱工程で加熱された前記素材に、成形用金型を用いてプレス成形と焼入れとを同時に施す工程とし、引張強さTS:1500MPa以上でかつ均一伸びuEl:6.0%以上である引張特性を有するホットプレス部材を得ることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(15)(14)において、前記組成を、mass%で、C:0.090%以上0.12%未満、Mn:4.5%以上6.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1500MPa以上1700MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(16)(14)において、前記組成を、mass%で、C:0.12%以上0.18%未満、Mn:3.5%以上5.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1500MPa以上1700MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(17)(14)において、前記組成を、mass%で、C:0.090%以上0.12%未満、Mn:6.5%以上8.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1700MPa以上1900MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(18)(14)において、前記組成を、mass%で、C:0.12%以上0.18%未満、Mn:5.5%以上7.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1700MPa以上1900MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(19)(14)において、前記組成を、mass%で、C:0.18%以上0.30%未満、Mn:3.5%以上4.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:1800MPa以上1980MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(20)(14)において、前記組成を、mass%で、C:0.090%以上0.12%未満、Mn:8.5%以上11.0%以下、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:2000MPa以上2300MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(21)(14)において、前記組成を、mass%で、C:0.12%以上0.18%未満、Mn:7.5%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%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:2000MPa以上2300MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(22)(14)において、前記組成を、mass%で、C:0.18%以上0.30%未満、Mn:4.5%以上6.5%未満、Si:0.01〜2.5%、P:0.05%以下、S:0.05%以下、Al:0.005〜0.1%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成とし、前記引張強さが、引張強さTS:2000MPa以上2300MPa未満であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(23)(14)ないし(22)のいずれかにおいて、前記冷延鋼板の前記組成に加えてさらに、mass%で、次A〜E群
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%、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%、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%、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%
のうちから選ばれた1群または2群以上を含有する組成とすることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(24)(14)ないし(23)のいずれかにおいて、前記冷延鋼板表面に、めっき層を施すことを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(25)(24)において、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高強度ホットプレス部材の製造方法。
(26)(25)において、前記Zn系めっき層が、Ni:10〜25mass%を含むZn−Ni系めっき層であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
(27)(24)ないし(26)のいずれかにおいて、前記めっき層の付着量が、片面あたりで10〜90g/m2であることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。
Cは、鋼の強度を増加させる元素であり、このような効果を得て、ホットプレス部材として、引張強さTS:1500MPa以上の高強度を確保するためには、0.090%以上の含有を必要とする。一方、0.30%以上を含有すると、Cによる固溶強化量が大きくなるため、ホットプレス部材の引張強さTSを2300MPa未満に調整することが困難となる。
Mnは、鋼の強度を増加させるとともに、オーステナイト中に濃化し、オーステナイトの安定性を向上させる元素であり、本発明で最も重要な元素である。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%以上を確保するためには、3.5%以上の含有を必要とする。一方、11.0%以上の含有では、Mnによる固溶強化量が大きくなり、ホットプレス部材として引張強さTSを2300MPa未満に調整することが困難となる。
Siは、固溶強化により、鋼の強度を増加させる元素であり、このような効果を得るためには、0.01%以上含有する必要がある。一方、2.5%を超える含有は、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥の発生が著しく増大するとともに、圧延荷重が増大する。このようなことから、Siは0.01〜2.5%の範囲に限定した。なお、好ましくは、0.02〜1.5%である。なお、不可避的に含有される場合は、Siは0.01%未満程度である。
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、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り、できるだけ低減することが望ましい。本発明では、0.05%までは許容できるため、Pは0.05%以下に限定した。なお、より好ましくは0.02%以下である。また、過度の脱P処理は、精錬コストの高騰を招くため、Pは0.0005%以上とすることが望ましい。
Sは、不可避的に含有され、鋼中では硫化物系介在物として存在し、ホットプレス部材の延性、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。本発明では、0.05%までは許容できるため、Sは0.05%以下に限定した。なお、より好ましくは0.005%以下である。また、過度の脱S処理は、精錬コストの高騰を招くため、Sは0.0005%以上とすることが望ましい。
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を発現させるためには、0.005%以上の含有を必要とする。一方、0.1%を超える過剰の含有は、窒素と結合し多量の窒化物を生成し、素材とする鋼板のブランキング加工性や焼入れ性を低下させる。このため、Alは0.005〜0.1%の範囲に限定した。なお、より好ましくは0.02〜0.05%である。なお、とくに含有しない場合、すなわち不可避的不純物レベルでは、0.0010%未満程度である。
Nは、通常は、鋼中に不可避的に含有される。しかしながら、0.01%を超えて過剰に含有すると、熱間圧延やホットプレスを行うための加熱時にAlN等の窒化物を形成し、素材とする鋼板のブランキング加工性や焼入れ性を低下させる。このため、Nは0.01%以下に限定した。なお、より好ましくは0.002〜0.005%である。また、とくに調整せず、不可避的に含有される場合には、Nは0.0010%以下程度である。
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%、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%、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%、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%
のうちから選ばれた1群または2群以上を含有する組成としてもよい。
A群:Ni、Cu、Cr、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。
B群:Ti、Nb、V、Wは、いずれも、析出強化を介して鋼の強度増加に寄与するとともに、結晶粒の微細化を介し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できる。
C群:REM、Ca、Mgは、いずれも介在物の形態制御に有効に寄与する元素であり、必要に応じて選択して1種または2種以上を含有できる。
D群:Sbは、鋼板の加熱、冷却に際し、鋼板表層における脱炭層の形成を抑制する作用を有する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.002%以上の含有を必要とする。一方、0.03%を超える含有は、圧延荷重の増大を招き、生産性を低下させる。このため、含有する場合には、Sbは0.002〜0.03%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.002〜0.02%である。
E群: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有効に寄与する元素であり、必要に応じて含有できる。このような効果を得るためには、0.0005%以上の含有を必要とする。一方、0.05%を超える多量の含有は、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相やベイナイト相が生じて鋼板の割れなどが生じる場合がある。このようなことから、含有する場合には、Bは0.0005〜0.05%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0005〜0.01%である。
引張強さTS:1500MPa以上を確保するためには、体積率で80%以上のマルテンサイト相を主相とする必要がある。マルテンサイト相が80%未満では、上記した所望の高強度を確保することができない。なお、マルテンサイト相は、所望量の残留オーステナイト相を含有するために、多くても97%以下とすることが好ましい。
残留オーステナイト相は、変形時のTRIP効果(変態誘起塑性)により均一伸びを高める、本発明で最も重要な組織である。本発明では、体積率で3.0〜20.0%の残留オーステナイト相を含有させる。残留オーステナイト相の体積率の増加に伴い、均一伸びが上昇する。残留オーステナイトの体積率が3.0%未満では、6.0%以上の均一伸びuElを確保することができない。一方、残留オーステナイト相の体積率が20.0%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相が多くなりすぎて、靭性が低下する。このようなことから、残留オーステナイト相は体積率で3.0〜20.0%の範囲に限定した。なお、好ましくは5.0〜18.0%である。
本発明では、二相温度域に加熱し、オーステナイトにMnを濃化させる。Mnが濃化したオーステナイトでは、マルテンサイト変態終了温度が室温以下となり、残留オーステナイトが生成しやすくなる。加熱温度がAc1変態点未満では、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850℃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濃化が行われない。このようなことから、加熱温度はAc1変態点以上850℃以下に限定した。なお、好ましくは(Ac1変態点+20℃)〜700℃である。
(ここで、C、Si、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo:各元素の含有量(mass%))
Ac1変態点の算出に当たり、上記した式に記載された元素が含有されていない場合には、当該元素の含有量を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、加熱保持時間の経過に伴い、進行する。加熱保持時間が100s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、加熱保持時間が、48hを超えて長時間となると、パーライトが生成し、所望の均一伸びが得られない。このため、加熱保持時間は100s以上48h以下の範囲に限定した。なお、好ましくは、1〜24hである。
なお、上記した加熱保持後の冷却は、とくに限定する必要はなく、使用する加熱炉等に応じて適宜、放冷(徐冷)、あるいは制御冷却等とすることが好ましい。
Claims (11)
- 薄鋼板をホットプレス工法により成形してなるホットプレス部材であって、mass%で、C:0.090%以上0.30%未満、Mn:3.5%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%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、
体積率で80%以上のマルテンサイト相と、体積率で3.0〜20.0%の残留オーステナイト相とからなる組織と、
を有し、引張強さTS:1500MPa以上でかつ均一伸びuEl:6.0%以上の引張特性を有することを特徴とする高強度ホットプレス部材。 - 前記組成に加えてさらに、mass%で、下記A〜E群のうちから選ばれた1群または2群以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項1に記載の高強度ホットプレス部材。
記
A群:Ni:0.01〜5.0%、Cu:0.01〜5.0%、Cr:0.01〜5.0%、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%、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%、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% - 前記高強度ホットプレス部材表面に、めっき層を有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度ホットプレス部材。
- 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に記載の高強度ホットプレス部材。
- 前記Zn系めっき層が、Ni:10〜25mass%を含むZn−Ni系めっき層であることを特徴とする請求項4に記載の高強度ホットプレス部材。
- 素材に、加熱工程とホットプレス成形工程を施して所定形状のホットプレス部材とするホットプレス部材の製造方法であって、
前記素材を、mass%で、C:0.090%以上0.30%未満、Mn:3.5%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%、N:0.01%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する冷延鋼板に、
Ac1変態点以上850℃以下の温度域に100s以上48h以下の加熱保持と冷却とからなる処理を施してなる鋼板とし、
前記加熱工程を、800〜1000℃の温度域の温度で600s以下保持する工程とし、
前記ホットプレス成形工程を、前記加熱工程で加熱された前記素材に、成形用金型を用いてプレス成形と焼入れとを同時に施す工程とし、
引張強さTS:1500MPa以上でかつ均一伸びuEl:6.0%以上である引張特性を有するホットプレス部材を得ることを特徴とする高強度ホットプレス部材の製造方法。 - 前記冷延鋼板の前記組成に加えてさらに、mass%で、下記A〜E群のうちから選ばれた1群または2群以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項6に記載の高強度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%、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%、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%、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% - 前記冷延鋼板表面に、めっき層を施すことを特徴とする請求項6または7に記載の高強度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に記載の高強度ホットプレス部材の製造方法。
- 前記Zn系めっき層が、Ni:10〜25mass%を含むZn−Ni系めっき層であることを特徴とする請求項9に記載の高強度ホットプレス部材の製造方法。
- 前記めっき層の付着量が、片面あたりで10〜90g/m2であることを特徴とする請求項8ないし10のいずれかに記載の高強度ホットプレス部材の製造方法。
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