JPWO2018151332A1 - ホットスタンプ成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)板厚中央部と、前記板厚中央部の両側又は片側に配置された軟化層とを備えるホットスタンプ成形体であって、
前記板厚中央部は、
質量%で、
C:0.20%以上、0.70%未満、
Si:3.00%未満、
Mn:0.20%以上、3.00%未満、
P:0.10%以下、
S:0.10%以下、
sol.Al:0.0002%、以上3.0000%以下 、
N:0.01%以下を含有し、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、500Hv以上800Hv以下の硬さを有し、
前記軟化層の表面下の20μmの深さから軟化層の厚さの1/2の深さまでの金属組織が、板厚方向に平行な断面において、15°以上の方位差を持つ粒界で囲まれた領域を結晶粒と定義したときに、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が1°以下の結晶粒と、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が8°以上15°以下である結晶粒の合計の面積率が50%以上85%未満であることを特徴とするホットスタンプ成形体。
(2)Si含有量が0.50%以下であり、Mn含有量が0.20%以上、1.50%未満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。
(3)Si含有量が0.50%以下であり、Mn含有量が1.50%以上、3.00%未満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。
(4)Si含有量が0.50%超、3.00%未満であり、Mn含有量が0.20%以上、1.50%未満であり、前記板厚中央部が、面積分率で、1.0%以上、5.0%未満の残留オーステナイトを含むことを特徴とする(1)に記載のホットスタンプ成形体。
(5)Si含有量が0.50%超、3.00%未満であり、Mn含有量が1.50%以上、3.00%未満であり、前記板厚中央部が、面積分率で、1.0%以上、5.0%未満の残留オーステナイトを含むことを特徴とする(1)に記載のホットスタンプ成形体。
(6)前記板厚中央部は、更に、質量%で、Ni:0.01%以上3.00%以下 を含有することを特徴とする(1)〜(5)のうちいずれかに記載のホットスタンプ成形体。
(7)前記板厚中央部は、更に、質量%で、Nb:0.010%以上0.150%以下、Ti:0.010%以上0.150%以下、Mo:0.005%以上1.000%以下、B:0.0005%以上0.0100%以下のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)〜(6)のうちいずれかに記載のホットスタンプ成形体。
(8)前記軟化層上にめっき層が形成されていることを特徴とする(1)〜(7)のうちいずれかに記載のホットスタンプ成形体。
本発明に係るホットスタンプ成形体は、その両側、または片側の表面上に軟化層が配置される構造である。前記軟化層は、板厚中央部の硬さよりも10Hv以上低い硬さを有する領域である。
本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部は、500Hv以上800Hv以下の硬さを有することを要件とする。板厚中央部の硬度を前述の範囲にするため、板厚中央部の成分組成を限定する理由について以下の通り説明する。以下、成分組成に係る%は質量%を意味する。
Cは、板厚中央部において500Hv以上、800Hv以下の硬さ得るために重要な元素である。0.20%未満では、板厚中央部において500Hv以上を確保することが困難であるので、Cは0.20%以上とする。好ましくは0.30%以上である。一方、0.70%を超えると、板厚中央部の硬さが800Hvを超えて、曲げ性が低下するので、Cは0.70%以下とする。好ましくは0.50%以下である。
Siは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素である。金属組織中へのSiの固溶による鋼板の強度を向上する効果を得るためのSi添加量は、好ましくは0.30%以上であるが、0.5%を超えてSiを添加しても前記効果は飽和する。
Mnは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素である。金属組織中へのMnの固溶による鋼板の強度を向上する効果は、0.20%未満の添加量では効果が得られないため、0.20%以上添加する。好ましくは0.70%以上である。一方、1.50%以上添加してもその効果は飽和する。
Pは、粒界に偏析し、粒界の強度を阻害する元素である。0.10%を超えると、粒界の強度が著しく低下し、耐水素脆化特性や曲げ性が低下するので、Pは0.10%以下とする。好ましくは0.05%以下である。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、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Sは、介在物を形成する元素である。0.10%を超えると、介在物が生成し耐水素脆化特性や曲げ性が低下するので、Sは0.10%以下とする。好ましくは0.0025%以下である。下限は、特に限定しないが、0.0015%未満に低減すると、脱Sコストが大幅に上昇し、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Alは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用をなす元素である。本発明において、脱酸作用を得るために、鋼に含有される全てのAlでなく、いわゆる酸可溶性のアルミニウム(sol.Al)としての含有量の範囲が規定される。sol.Alの含有量が0.0002%未満では、脱酸が十分でないので、sol.Alは0.0002%以上とする。好ましくは0.0010%以上である。一方、3.0%を超えて添加してもその効果は飽和するので、3.0000%以下とする。
Nは、不純物元素であり、窒化物を形成して曲げ性を阻害する元素である。0.01%を超えると、粗大な窒化物が生成して曲げ性が著しく低下するので、Nは0.01%以下とする。好ましくは0.0075%以下である。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、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Niは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上添加する。好ましくは0.5%以上である。一方、3.00%を超えて添加してもその効果は飽和するので、3.00%以下とする。好ましくは2.50%以下である。
Nbは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上添加する。好ましくは0.035%以上である。一方、0.150%を超えて添加してもその効果は飽和するので、0.150%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Tiは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上とする。好ましくは0.020%である。一方、0.150%を超えて添加してもその効果は飽和するので、0.150%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Moは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.005%未満では効果が得られないので、0.005%以上とする。好ましくは0.0100%以上である。一方、1.000%を超えて添加してもその効果は飽和するため、1.000%以下とする。好ましくは0.800%以下である。
Bは、粒界に偏析し粒界の強度を向上させる元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.0005%未満では添加効果が十分に得られないので、0.0005%以上添加する。好ましくは0.0010%以上である。一方、0.0100%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.0100%以下とする。好ましくは0.0075%以下である。
板厚中央部の硬さは500Hv以上であると、本発明のホットスタンプ成形体の引張強度として1500MPa以上を確保することができる。好ましくは、600Hv以上である。一方、板厚中央部の硬さが800Hvを超えると、軟化層との硬さの差が大きくなりすぎ、曲げ性の劣化を招くため、800Hvを上限とする。好ましくは720Hv以下である。
板厚中央部は、残留オーステナイトを面積分率で1%以上含むことにより、延性を向上させることができる。板厚中央部における残留オーステナイトの面積分率は、好ましくは2%以上である。但し、残留オーステナイトの面積分率を5%以上とすると、曲げ性の劣化を招くため、上限を5%未満とする。好ましくは4.5%未満である。
Vγ=(2/3){100/(0.7×α(211)/γ(220)+1)}+(1/3){100/(0.78×α(211)/γ(311)+1)}
ここで、α(211)はフェライトの(211)面におけるX線回折強度、γ(220)はオーステナイトの(220)面におけるX線回折強度、γ(311)はオーステナイトの(311)面におけるX線回折強度)である。
前述したように、本発明において軟化層とは、ホットプレス成形体の板厚断面の板厚方向において、板厚中央部の硬さ(板厚の1/2位置における硬さ)から10Hv以上低下した位置から、前記成形体表面までの領域である。
発明者らが良好な曲げ性が得られた鋼板の金属組織を調査した結果、軟化層を構成する金属組織が、板厚断面において、15°以上の方位差を持つ粒界で囲まれた領域を結晶粒と定義したときに、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が1°以下の結晶粒と、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が8°〜15°の結晶粒で構成されていると良いことが見出された。これらの測定は、軟化層の表面下20μmの深さ位置から軟化層の厚さ1/2の深さ位置(軟化層中心)までの領域においてなされた。本発明者らが鋭意検討した結果、曲げ性等の効果の観点から、軟化層の表面から20μmの位置から軟化層の厚さ1/2の深さ位置までの組織分率が重要であることが見出された。このような金属組織により、ホットスタンプ成形体の表面性状の影響や、板厚中央部から軟化層に至る遷移部分の影響を排除することができる。
軟化層の組成は、強度及び/或いは曲げ性を阻害する不可避的不純物元素であるP、S、N以外、特に限定されないが、ホットスタンプ成形体の強度及び優れた曲げ性を示す鋼を確保するために、以下の組成にすることが好ましい。
Cは、強度を高めるために0.05%以上添加しても良い。部材としての耐荷重を高めて衝撃特性を向上させる観点では、好ましくは、0.10%以上である。軟化層の硬さを板厚中央部の硬さより低くするため、板厚中央部より少なくすることが好ましい。このための軟化層の好ましいCの含有量は0.42%未満であり、好ましくは0.35%以下である。
Siは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、強度を高めるために添加される。但し、軟化層の硬さを板厚中央部の硬さより低くするため、板厚中央部より少なくすることが好ましい。
Mnは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、強度を高めるために0.12%以上添加しても良い。但し、軟化層の硬さを板厚中央部の硬さより低くするため、板厚中央部より少なくすることが好ましい。
Pは、粒界に偏析し、粒界の強度を阻害する元素である。0.10%を超えると、粒界の強度が著しく低下し、耐水素脆化特性や曲げ性が低下するので、Pは0.1%以下とする。好ましくは0.05%以下である。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、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Sは、介在物を形成する元素である。0.10%を超えると、介在物が生成し耐水素脆化特性や曲げ性が低下するので、Sは0.10%以下とする。好ましくは0.0025%以下である。下限は、特に限定しないが、0.0015%未満に低減すると、脱Sコストが大幅に上昇し、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Alは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用をなす元素である。本発明において、脱酸作用を得るために、鋼に含有される全てのAlでなく、いわゆる酸可溶性のアルミニウム(sol.Al)としての含有量の範囲が規定される。sol.Alの含有量が0.0002%未満では、脱酸が十分でないので、sol.Alは0.0002%以上とすることが好ましい。好ましくは0.0010%以上である。一方、3.0000%を超えて添加してもその効果は飽和するので、3.0000%以下とする。
Nは、不純物元素であり、窒化物を形成して曲げ性を阻害する元素である。0.01%を超えると、粗大な窒化物が生成して曲げ性が著しく低下するので、Nは0.01%以下とする。好ましくは0.0075%以下である。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、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Niは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.01%未満では効果が得られないので、0.01%以上添加することが好ましい。より好ましくは0.50%以上である。一方、3.00%を超えて添加してもその効果は飽和するので、3.00%以下とする。好ましくは2.50%以下である。
Nbは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上添加することが好ましい。より好ましくは0.035%以上である。一方、0.150%を超えて添加してもその効果は飽和するので、0.150%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Tiは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.020%である。一方、0.150%を超えて添加してもその効果は飽和するので、0.150%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Moは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.005%未満では効果が得られないので、0.005%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.010%以上である。一方、1.000%を超えて添加してもその効果は飽和するため、1.000%以下とする。好ましくは0.800%以下である。
Bは、粒界に偏析し粒界の強度を向上させる元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.0005%未満では添加効果が十分に得られないので、0.0005%以上添加することが好ましい。より好ましくは0.0010%以上である。一方、0.0100%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.0100%以下とする。好ましくは0.0075%以下である。
ホットスタンプ成形体の表面に対して垂直な断面において、板厚中央部において硬さ分布はばらつきが無く均一であることが好ましい。ハット構造においては縦壁部には金型が接触しにくく、冷却速度が小さくなるため硬さが低下する場合がある。ハット成形体の長手方向に対して垂直な断面の平均硬さに対して100HV以上硬さが低下する領域があった場合、衝突時に変形が軟化部に集中し早期に破断するため高い衝突特性が得られない。このためホットスタンプ成形体の表面に垂直な断面における硬さ分布の平均値(以下、「断面平均硬さ」という。)から100HVを下回る点があってはならない。前記断面における硬さ分布及び断面平均硬さは、ビッカース硬さ試験機(荷重1kgf)を用いて、長尺状のホットスタンプ成形体の長手方向に垂直な断面を、当該長手方向における任意の位置で採取し、縦壁を含む全断面領域の板厚中心位置において、1mmピッチ以下の等間隔で、前記断面の端部間のビッカース硬さを測定することによって得られる。
軟化層の表面上に、耐食性の向上等を目的として、めっき層を形成してもよい。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。電気めっき層としては、電気亜鉛めっき層、電気Zn−Ni合金めっき層等が例示される。溶融めっき層としては、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合金めっき層等が例示される。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。
次に、本発明に係るホットスタンプ成形体を得るための製造方法の形態を説明するが、本発明は、以下に説明する複層鋼板の形態に限定されない。
表A−1−1に示す化学組成を持つ板厚中央部用鋼板No.1〜18(表中の「鋼No.1〜18」)の表面を研削して表面酸化物を除去した。その後、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面又は片側面に表A−1−2に示す化学組成を持つ表層用鋼板をアーク溶接で積層して、ホットスタンプ成形体用の積層鋼板No.1〜43を作製した。なお、アーク溶接後の表層用鋼板と板厚中央部用鋼板の合計の板厚は200mm〜300mmとし、表層用鋼板の厚さは、板厚中央部用鋼板の厚さの1/3程度(片側の場合は1/4程度)とする。積層鋼板No.37は片側面のみに表層用鋼板を溶接した鋼である。表A−1−1〜表A−1−2の積層鋼板No.1〜43のうち、板厚中央部用鋼板が本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部の組成要件を満たさないものは、備考欄に「比較鋼」として示されている。
曲げ稜線:圧延と直角な方向
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:SIMAZU AUTOGRAPH 20kN
表B−1−1に示す化学組成を持つ板厚中央部用鋼板No.1〜18(表B−1−1中の「鋼No.1〜18」)の表面を研削して表面酸化物を除去した。その後、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面又は片側面に表B−1−2に示す化学組成を持つ表層用鋼板をアーク溶接で積層して、ホットスタンプ成形体用の積層鋼板No.1〜41を作製した。なお、アーク溶接後の表層用鋼板と板厚中央部用鋼板の合計の板厚は200mm〜300mmとし、表層用鋼板の厚さは、板厚中央部用鋼板の厚さの1/3程度(片側の場合は1/4程度)とする。積層鋼板No.37は片側面のみに表層用鋼板を溶接した鋼である。No.37以外の積層鋼板には、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面に表層用鋼板が溶接されている。表B−1−3の積層鋼板No.1〜41のうち、板厚中央部用鋼板が本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部の組成要件を満たさないものは、備考欄に「比較鋼」として示されている。
表C−1−1〜表C−1−2に示す化学組成を持つ板厚中央部用鋼板の表面を研削して表面酸化物を除去した。その後、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面又は片側面に表C−1−3〜表C−1−4に示す化学組成を持つ表層用鋼板をアーク溶接で積層して、ホットスタンプ成形体用の積層鋼板No.1〜49を作製した。なお、アーク溶接後の表層用鋼板と板厚中央部用鋼板の合計の板厚は200mm〜300mmとし、表層用鋼板の厚さは、板厚中央部用鋼板の厚さの1/3程度(片側の場合は1/4程度)とした。積層鋼板No.31は片側面のみに表層用鋼板を溶接した鋼である。表C−1−1〜表C−1−4の積層鋼板No.1〜53のうち、板厚中央部用鋼板が本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部の組成要件を満たさないものは、備考欄に「比較鋼」として示されている。
表D−1−1、表D−1−2に示す化学組成を持つ板厚中央部用鋼板No.1〜37(表中の「鋼No.1〜37」)の表面を研削して表面酸化物を除去した。その後、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面又は片側面に表D−1−3、表D−1−4に示す化学組成を持つ表層用鋼板をアーク溶接で積層して、ホットスタンプ成形体用の積層鋼板No.1〜60を作製した。なお、アーク溶接後の表層用鋼板と板厚中央部用鋼板の合計の板厚は200mm〜300mmとし、表層用鋼板の厚さは、板厚中央部用鋼板の厚さの1/3程度(片側の場合は1/4程度)とした。積層鋼板No.37は片側面のみに表層用鋼板を溶接した鋼である。No.37以外の積層鋼板には、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面に表層用鋼板が溶接されている。表D−1−1〜表D−1−4の積層鋼板No.1〜60のうち、板厚中央部用鋼板が本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部の組成要件を満たさないものは、備考欄に「比較鋼」として示されている。
(1)板厚中央部と、前記板厚中央部の両側又は片側に配置された軟化層とを備えるホットスタンプ成形体であって、
前記板厚中央部は、
質量%で、
C:0.20%以上、0.70%未満、
Si:3.00%未満、
Mn:0.20%以上、3.00%未満、
P:0.10%以下、
S:0.10%以下、
sol.Al:0.0002%以上、3.0000%以下 、
N:0.01%以下を含有し、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、500Hv以上800Hv以下の硬さを有し、
前記軟化層の表面下の20μmの深さから軟化層の厚さの1/2の深さまでの金属組織が、板厚方向に平行な断面において、15°以上の方位差を持つ粒界で囲まれた領域を結晶粒と定義したときに、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が1°以下の結晶粒と、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が8°以上15°未満である結晶粒の合計の面積率が50%以上85%未満であり、引張強度が1500MPa以上であることを特徴とするホットスタンプ成形体。
(2)Si含有量が0.50%以下であり、Mn含有量が0.20%以上、1.50%未満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。
(3)Si含有量が0.50%以下であり、Mn含有量が1.50%以上、3.00%未満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。
(4)Si含有量が0.50%超、3.00%未満であり、Mn含有量が0.20%以上、1.50%未満であり、前記板厚中央部が、面積分率で、1.0%以上、5.0%未満の残留オーステナイトを含むことを特徴とする(1)に記載のホットスタンプ成形体。
(5)Si含有量が0.50%超、3.00%未満であり、Mn含有量が1.50%以上、3.00%未満であり、前記板厚中央部が、面積分率で、1.0%以上、5.0%未満の残留オーステナイトを含むことを特徴とする(1)に記載のホットスタンプ成形体。
(6)前記板厚中央部は、更に、質量%で、Ni:0.01%以上3.00%以下 を含有することを特徴とする(1)〜(5)のうちいずれかに記載のホットスタンプ成形体。
(7)前記板厚中央部は、更に、質量%で、Nb:0.010%以上0.150%以下、Ti:0.010%以上0.150%以下、Mo:0.005%以上1.000%以下、B:0.0005%以上0.0100%以下のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)〜(6)のうちいずれかに記載のホットスタンプ成形体。
(8)前記軟化層上にめっき層が形成されていることを特徴とする(1)〜(7)のうちいずれかに記載のホットスタンプ成形体。
本発明に係るホットスタンプ成形体は、その両側、または片側の表面上に軟化層が配置される構造である。前記軟化層は、板厚中央部の硬さよりも10Hv以上低い硬さを有する領域である。
本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部は、500Hv以上800Hv以下の硬さを有することを要件とする。板厚中央部の硬度を前述の範囲にするため、板厚中央部の成分組成を限定する理由について以下の通り説明する。以下、成分組成に係る%は質量%を意味する。
Cは、板厚中央部において500Hv以上、800Hv以下の硬さ得るために重要な元素である。0.20%未満では、板厚中央部において500Hv以上を確保することが困難であるので、Cは0.20%以上とする。好ましくは0.30%以上である。一方、0.70%を超えると、板厚中央部の硬さが800Hvを超えて、曲げ性が低下するので、Cは0.70%以下とする。好ましくは0.50%以下である。
Siは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素である。金属組織中へのSiの固溶による鋼板の強度を向上する効果を得るためのSi添加量は、好ましくは0.30%以上であるが、0.5%を超えてSiを添加しても前記効果は飽和する。
Mnは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素である。金属組織中へのMnの固溶による鋼板の強度を向上する効果は、0.20%未満の添加量では効果が得られないため、0.20%以上添加する。好ましくは0.70%以上である。一方、1.50%以上添加してもその効果は飽和する。
Pは、粒界に偏析し、粒界の強度を阻害する元素である。0.10%を超えると、粒界の強度が著しく低下し、耐水素脆化特性や曲げ性が低下するので、Pは0.10%以下とする。好ましくは0.05%以下である。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、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Sは、介在物を形成する元素である。0.10%を超えると、介在物が生成し耐水素脆化特性や曲げ性が低下するので、Sは0.10%以下とする。好ましくは0.0025%以下である。下限は、特に限定しないが、0.0015%未満に低減すると、脱Sコストが大幅に上昇し、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Alは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用をなす元素である。本発明において、脱酸作用を得るために、鋼に含有される全てのAlでなく、いわゆる酸可溶性のアルミニウム(sol.Al)としての含有量の範囲が規定される。sol.Alの含有量が0.0002%未満では、脱酸が十分でないので、sol.Alは0.0002%以上とする。好ましくは0.0010%以上である。一方、3.0%を超えて添加してもその効果は飽和するので、3.0000%以下とする。
Nは、不純物元素であり、窒化物を形成して曲げ性を阻害する元素である。0.01%を超えると、粗大な窒化物が生成して曲げ性が著しく低下するので、Nは0.01%以下とする。好ましくは0.0075%以下である。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、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Niは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上添加する。好ましくは0.5%以上である。一方、3.00%を超えて添加してもその効果は飽和するので、3.00%以下とする。好ましくは2.50%以下である。
Nbは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上添加する。好ましくは0.035%以上である。一方、0.150%を超えて添加してもその効果は飽和するので、0.150%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Tiは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上とする。好ましくは0.020%である。一方、0.150%を超えて添加してもその効果は飽和するので、0.150%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Moは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.005%未満では効果が得られないので、0.005%以上とする。好ましくは0.0100%以上である。一方、1.000%を超えて添加してもその効果は飽和するため、1.000%以下とする。好ましくは0.800%以下である。
Bは、粒界に偏析し粒界の強度を向上させる元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.0005%未満では添加効果が十分に得られないので、0.0005%以上添加する。好ましくは0.0010%以上である。一方、0.0100%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.0100%以下とする。好ましくは0.0075%以下である。
板厚中央部の硬さは500Hv以上であると、本発明のホットスタンプ成形体の引張強度として1500MPa以上を確保することができる。好ましくは、600Hv以上である。一方、板厚中央部の硬さが800Hvを超えると、軟化層との硬さの差が大きくなりすぎ、曲げ性の劣化を招くため、800Hvを上限とする。好ましくは720Hv以下である。
板厚中央部は、残留オーステナイトを面積分率で1%以上含むことにより、延性を向上させることができる。板厚中央部における残留オーステナイトの面積分率は、好ましくは2%以上である。但し、残留オーステナイトの面積分率を5%以上とすると、曲げ性の劣化を招くため、上限を5%未満とする。好ましくは4.5%未満である。
Vγ=(2/3){100/(0.7×α(211)/γ(220)+1)}+(1/3){100/(0.78×α(211)/γ(311)+1)}
ここで、α(211)はフェライトの(211)面におけるX線回折強度、γ(220)はオーステナイトの(220)面におけるX線回折強度、γ(311)はオーステナイトの(311)面におけるX線回折強度)である。
前述したように、本発明において軟化層とは、ホットプレス成形体の板厚断面の板厚方向において、板厚中央部の硬さ(板厚の1/2位置における硬さ)から10Hv以上低下した位置から、前記成形体表面までの領域である。
発明者らが良好な曲げ性が得られた鋼板の金属組織を調査した結果、軟化層を構成する金属組織が、板厚断面において、15°以上の方位差を持つ粒界で囲まれた領域を結晶粒と定義したときに、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が1°以下の結晶粒と、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が8°以上15°未満の結晶粒で構成されていると良いことが見出された。これらの測定は、軟化層の表面下20μmの深さ位置から軟化層の厚さ1/2の深さ位置(軟化層中心)までの領域においてなされた。本発明者らが鋭意検討した結果、曲げ性等の効果の観点から、軟化層の表面から20μmの位置から軟化層の厚さ1/2の深さ位置までの組織分率が重要であることが見出された。このような金属組織により、ホットスタンプ成形体の表面性状の影響や、板厚中央部から軟化層に至る遷移部分の影響を排除することができる。
軟化層の組成は、強度及び/或いは曲げ性を阻害する不可避的不純物元素であるP、S、N以外、特に限定されないが、ホットスタンプ成形体の強度及び優れた曲げ性を示す鋼を確保するために、以下の組成にすることが好ましい。
Cは、強度を高めるために0.05%以上添加しても良い。部材としての耐荷重を高めて衝撃特性を向上させる観点では、好ましくは、0.10%以上である。軟化層の硬さを板厚中央部の硬さより低くするため、板厚中央部より少なくすることが好ましい。このための軟化層の好ましいCの含有量は0.42%未満であり、好ましくは0.35%以下である。
Siは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、強度を高めるために添加される。但し、軟化層の硬さを板厚中央部の硬さより低くするため、板厚中央部より少なくすることが好ましい。
Mnは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、強度を高めるために0.12%以上添加しても良い。但し、軟化層の硬さを板厚中央部の硬さより低くするため、板厚中央部より少なくすることが好ましい。
Pは、粒界に偏析し、粒界の強度を阻害する元素である。0.10%を超えると、粒界の強度が著しく低下し、耐水素脆化特性や曲げ性が低下するので、Pは0.1%以下とする。好ましくは0.05%以下である。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、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Sは、介在物を形成する元素である。0.10%を超えると、介在物が生成し耐水素脆化特性や曲げ性が低下するので、Sは0.10%以下とする。好ましくは0.0025%以下である。下限は、特に限定しないが、0.0015%未満に低減すると、脱Sコストが大幅に上昇し、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Alは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用をなす元素である。本発明において、脱酸作用を得るために、鋼に含有される全てのAlでなく、いわゆる酸可溶性のアルミニウム(sol.Al)としての含有量の範囲が規定される。sol.Alの含有量が0.0002%未満では、脱酸が十分でないので、sol.Alは0.0002%以上とすることが好ましい。好ましくは0.0010%以上である。一方、3.0000%を超えて添加してもその効果は飽和するので、3.0000%以下とする。
Nは、不純物元素であり、窒化物を形成して曲げ性を阻害する元素である。0.01%を超えると、粗大な窒化物が生成して曲げ性が著しく低下するので、Nは0.01%以下とする。好ましくは0.0075%以下である。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、経済的に不利になるので、実用上、0.0001%が実質的な下限である。
Niは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.01%未満では効果が得られないので、0.01%以上添加することが好ましい。より好ましくは0.50%以上である。一方、3.00%を超えて添加してもその効果は飽和するので、3.00%以下とする。好ましくは2.50%以下である。
Nbは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上添加することが好ましい。より好ましくは0.035%以上である。一方、0.150%を超えて添加してもその効果は飽和するので、0.150%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Tiは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.010%未満では効果が得られないので、0.010%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.020%である。一方、0.150%を超えて添加してもその効果は飽和するので、0.150%以下とする。好ましくは0.120%以下である。
Moは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.005%未満では効果が得られないので、0.005%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.010%以上である。一方、1.000%を超えて添加してもその効果は飽和するため、1.000%以下とする。好ましくは0.800%以下である。
Bは、粒界に偏析し粒界の強度を向上させる元素であるため、必要に応じて添加しても良い。0.0005%未満では添加効果が十分に得られないので、0.0005%以上添加することが好ましい。より好ましくは0.0010%以上である。一方、0.0100%を超えて添加してもその効果は飽和するため、0.0100%以下とする。好ましくは0.0075%以下である。
ホットスタンプ成形体の表面に対して垂直な断面において、板厚中央部において硬さ分布はばらつきが無く均一であることが好ましい。ハット構造においては縦壁部には金型が接触しにくく、冷却速度が小さくなるため硬さが低下する場合がある。ハット成形体の長手方向に対して垂直な断面の平均硬さに対して100HV以上硬さが低下する領域があった場合、衝突時に変形が軟化部に集中し早期に破断するため高い衝突特性が得られない。このためホットスタンプ成形体の表面に垂直な断面における硬さ分布の平均値(以下、「断面平均硬さ」という。)から100HVを下回る点があってはならない。前記断面における硬さ分布及び断面平均硬さは、ビッカース硬さ試験機(荷重1kgf)を用いて、長尺状のホットスタンプ成形体の長手方向に垂直な断面を、当該長手方向における任意の位置で採取し、縦壁を含む全断面領域の板厚中心位置において、1mmピッチ以下の等間隔で、前記断面の端部間のビッカース硬さを測定することによって得られる。
軟化層の表面上に、耐食性の向上等を目的として、めっき層を形成してもよい。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。電気めっき層としては、電気亜鉛めっき層、電気Zn−Ni合金めっき層等が例示される。溶融めっき層としては、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合金めっき層等が例示される。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。
次に、本発明に係るホットスタンプ成形体を得るための製造方法の形態を説明するが、本発明は、以下に説明する複層鋼板の形態に限定されない。
表A−1−1に示す化学組成を持つ板厚中央部用鋼板No.1〜18(表中の「鋼No.1〜18」)の表面を研削して表面酸化物を除去した。その後、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面又は片側面に表A−1−2に示す化学組成を持つ表層用鋼板をアーク溶接で積層して、ホットスタンプ成形体用の積層鋼板No.1〜43を作製した。なお、アーク溶接後の表層用鋼板と板厚中央部用鋼板の合計の板厚は200mm〜300mmとし、表層用鋼板の厚さは、板厚中央部用鋼板の厚さの1/3程度(片側の場合は1/4程度)とする。積層鋼板No.37は片側面のみに表層用鋼板を溶接した鋼である。表A−1−1〜表A−1−2の積層鋼板No.1〜43のうち、板厚中央部用鋼板が本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部の組成要件を満たさないものは、備考欄に「比較鋼」として示されている。
曲げ稜線:圧延と直角な方向
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:SIMAZU AUTOGRAPH 20kN
表B−1−1に示す化学組成を持つ板厚中央部用鋼板No.1〜18(表B−1−1中の「鋼No.1〜18」)の表面を研削して表面酸化物を除去した。その後、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面又は片側面に表B−1−2に示す化学組成を持つ表層用鋼板をアーク溶接で積層して、ホットスタンプ成形体用の積層鋼板No.1〜41を作製した。なお、アーク溶接後の表層用鋼板と板厚中央部用鋼板の合計の板厚は200mm〜300mmとし、表層用鋼板の厚さは、板厚中央部用鋼板の厚さの1/3程度(片側の場合は1/4程度)とする。積層鋼板No.37は片側面のみに表層用鋼板を溶接した鋼である。No.37以外の積層鋼板には、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面に表層用鋼板が溶接されている。表B−1−3の積層鋼板No.1〜41のうち、板厚中央部用鋼板が本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部の組成要件を満たさないものは、備考欄に「比較鋼」として示されている。
表C−1−1〜表C−1−2に示す化学組成を持つ板厚中央部用鋼板の表面を研削して表面酸化物を除去した。その後、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面又は片側面に表C−1−3〜表C−1−4に示す化学組成を持つ表層用鋼板をアーク溶接で積層して、ホットスタンプ成形体用の積層鋼板No.1〜49を作製した。なお、アーク溶接後の表層用鋼板と板厚中央部用鋼板の合計の板厚は200mm〜300mmとし、表層用鋼板の厚さは、板厚中央部用鋼板の厚さの1/3程度(片側の場合は1/4程度)とした。積層鋼板No.31は片側面のみに表層用鋼板を溶接した鋼である。表C−1−1〜表C−1−4の積層鋼板No.1〜53のうち、板厚中央部用鋼板が本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部の組成要件を満たさないものは、備考欄に「比較鋼」として示されている。
表D−1−1、表D−1−2に示す化学組成を持つ板厚中央部用鋼板No.1〜37(表中の「鋼No.1〜37」)の表面を研削して表面酸化物を除去した。その後、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面又は片側面に表D−1−3、表D−1−4に示す化学組成を持つ表層用鋼板をアーク溶接で積層して、ホットスタンプ成形体用の積層鋼板No.1〜60を作製した。なお、アーク溶接後の表層用鋼板と板厚中央部用鋼板の合計の板厚は200mm〜300mmとし、表層用鋼板の厚さは、板厚中央部用鋼板の厚さの1/3程度(片側の場合は1/4程度)とした。積層鋼板No.37は片側面のみに表層用鋼板を溶接した鋼である。No.37以外の積層鋼板には、それぞれの板厚中央部用鋼板の両面に表層用鋼板が溶接されている。表D−1−1〜表D−1−4の積層鋼板No.1〜60のうち、板厚中央部用鋼板が本発明に係るホットスタンプ成形体の板厚中央部の組成要件を満たさないものは、備考欄に「比較鋼」として示されている。
Claims (8)
- 板厚中央部と、前記板厚中央部の両側又は片側に配置された軟化層とを備えるホットスタンプ成形体であって、
前記板厚中央部は、
質量%で、
C:0.20%以上、0.70%未満、
Si:3.00%未満、
Mn:0.20%以上、3.00%未満、
P:0.10%以下、
S:0.10%以下、
sol.Al:0.0002%、以上3.0000%以下、
N:0.01%以下を含有し、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、500Hv以上800Hv以下の硬さを有し、
前記軟化層の表面下の20μmの深さから軟化層の厚さの1/2の深さまでの金属組織が、板厚方向に平行な断面において、15°以上の方位差を持つ粒界で囲まれた領域を結晶粒と定義したときに、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が1°以下の結晶粒と、前記結晶粒内部の最大結晶方位差が8°以上15°以下である結晶粒の合計の面積率が50%以上85%未満であることを特徴とするホットスタンプ成形体。 - Si含有量が0.50%以下であり、Mn含有量が0.20%以上、1.50%未満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。
- Si含有量が0.50%以下であり、Mn含有量が1.50%以上、3.00%未満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。
- Si含有量が0.50%超、3.00%未満であり、Mn含有量が0.20%以上、1.50%未満であり、前記板厚中央部が、面積分率で、1.0%以上、5.0%未満の残留オーステナイトを含むことを特徴とする、請求項1に記載のホットスタンプ成形体。
- Si含有量が0.50%超、3.00%未満であり、Mn含有量が1.50%以上、3.00%未満であり、前記板厚中央部が、面積分率で、1.0%以上、5.0%未満の残留オーステナイトを含むことを特徴とする、請求項1に記載のホットスタンプ成形体。
- 前記板厚中央部は、更に、質量%で、Ni:0.01%以上3.00%以下を含有することを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載のホットスタンプ成形体。
- 前記板厚中央部は、更に、質量%で、Nb:0.010%以上0.150%以下、Ti:0.010%以上0.150%以下、Mo:0.005%以上1.000%以下、B:0.0005%以上0.0100%以下のうち1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項に記載のホットスタンプ成形体。
- 前記軟化層上にめっき層が形成されていることを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項に記載のホットスタンプ成形体。
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