JPWO2019186927A1 - ホットスタンプ用鋼板 - Google Patents

Abstract

強度又は曲げ変形能に優れるホットスタンプ成形体の素材となるホットスタンプ用鋼板であって、所定の成分組成を有し、ミクロ組織が、下部ベイナイト、マルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの少なくとも１種を面積率で９０％以上含み、下部ベイナイト、マルテンサイト、又は焼戻しマルテンサイトを構成する結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比が２．８以上であり、粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０16 個／ｃｍ3 以上であり、Ｚ＝（粒界におけるＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％）／（溶解時のＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％）定義される粒界固溶比Ｚが０．４以上であることを特徴とする。

Description

本発明は、強度が必要な自動車や構造物の構造部材や補強部材に使用する、特に、強度と曲げ変形能に優れたホットスタンプ成形体の素材となるホットスタンプ用鋼板に関する。

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、そのため、自動車用部材への高強度鋼板の適用が加速している。しかし、鋼板の高強度化に伴い成形性は劣化するので、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、鋼板を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ので、自動車用部材への成形と強度確保を両立する技術として注目されている。

一方で、高強度鋼板をホットスタンプで成形した成形体には、衝突時に衝撃を吸収する性能が要求される。

この要求に応える技術として、特許文献１には、ホットスタンプ用鋼板を焼鈍し、炭化物中にＭｎやＣｒを濃化させて溶解し難い炭化物とすることにより、ホットスタンプ加熱時にこれら炭化物によってオーステナイトの成長を抑制して細粒化させる技術が開示されている。

特許文献２には、ホットスタンプ加熱時に９０℃／ｓ以下の加熱速度で昇温することにより、オーステナイトを細粒化させる技術が開示されている。

特許文献３、特許文献４、特許文献５にもオーステナイトを細粒化させて靱性を向上させる技術が開示されている。

国際公開第２０１５／１４７２１６号 特許第５３６９７１４号公報 特許第５１１４６９１号公報 特開２０１４−１５６３８号公報 特開２００２−３０９３４５号公報

しかしながら、上記特許文献１〜５に開示されている技術では、さらに細粒化されたオーステナイトを得ることは困難であり、従来以上の強度または曲げ変形能を得ることが望めない。

本発明は、従来技術の課題に鑑み、高強度鋼板のホットスタンプ成形体において、より優れた強度または曲げ変形能を確保することを課題とし、該課題を解決するホットスタンプ用鋼板を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決する方法について鋭意検討した。その結果、ホットスタンプ成形体の旧オーステナイトの粒径を３μｍ以下とすることにより、従来よりも優れた強度が得られることを見出した。

そして、ホットスタンプ成形体の旧オーステナイトの粒径を３μｍ以下とするには、成形前の鋼板において、セメンタイト又はイプシロン炭化物の個数密度が１×１０¹⁶個／ｃｍ³以上とし、さらにＮｂ及びＭｏの１種又は２種を旧オーステナイト粒界に固溶させて粒界の脆化強度を上昇させればよいことを見出した。

さらに、ホットスタンプ用鋼板において、下部ベイナイト又はマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトの結晶粒の結晶方位である｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比を制御することにより、オーステナイトとマルテンサイトのテクスチャーメモリー効果によって、ホットスタンプ成形体においてき裂進展抑制効果が高い結晶方位が生成し、ホットスタンプ成形体において優れた曲げ変形能が得られることを見出した。

本願発明は上記の知見に基づき、さらに検討を進めてなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。

（１）成分組成が、質量％で、Ｃ：０．３５％以上、０．７５％以下、Ｓｉ：０．００５％以上、０．２５％以下、Ｍｎ：０．５％以上、３．０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００２％以上、３．０％以下、Ｃｒ：０．０５％以上、１．００％以下、Ｂ：０．０００５％以上、０．０１０％以下、Ｎｂ：０．０１％以上、０．１５％以下、Ｍｏ：０．００５％以上、１．００％以下、Ｔｉ：０％以上、０．１５％以下、Ｎｉ：０以上、３．００％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．１０％以下、Ｎ：０．０１０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、ミクロ組織が、下部ベイナイト、マルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの少なくとも１種を面積率で９０％以上含み、Ｚ＝（粒界におけるＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％）／（溶解時のＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％）定義される粒界固溶比Ｚが０．４以上であり、上記下部ベイナイト、マルテンサイト、又は焼戻しマルテンサイトを構成する結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比が２．８以上であり、粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０^１６個／ｃｍ^３以上であることを特徴とするホットスタンプ用鋼板。

（２）めっき層を有することを特徴とする前記（１）のホットスタンプ用鋼板。

本発明によれば、強度または曲げ変形能に優れるホットスタンプ成形体の素材となるホットスタンプ用鋼板を提供することができる。

粒界固溶比を測定する際の試験片の形状を示す図である。

本発明の特徴は、セメンタイト又はイプシロン炭化物の個数密度が１×１０¹⁶個／ｃｍ ³以上とし、さらにＮｂ及びＭｏの１種又は２種を旧オーステナイト粒界に固溶させて粒界の脆化強度を上昇させることである。さらに、鋼板の下部ベイナイト又はマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトの結晶粒の結晶方位である｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比を制御することである。本発明者らは鋭意検討の結果、以下の方法により上記の組織が得られることを知見した。

第一段階として、単位時間当たりの溶鋼の鋳込み量を制御する。これにより、鋼片中のＭｎのミクロ偏析を抑制させ、さらに、Ｍｏ、Ｎｂの析出を抑制し、鋼中のＭｏ、Ｎｂの固溶量を増加させる。

単位時間当たりの溶鋼の鋳込み量を制御してＭｎのミクロ偏析を低減させると、Ｐのトラップサイトが消失するため、仕上げ圧延時にＰが旧オーステナイト粒界に偏析する。すると、旧オーステナイト粒界を細粒化したのにもかかわらず、粒界の脆化強度を低下させ、衝撃吸収能を十分に得ることができない。これは、ＭｎとＰの親和性が高いために、Ｍｎの偏析がＰのトラップサイトとして機能しており、偏析を解消することによりＰが旧オーステナイト粒界に拡散するためである。本発明では、この課題を、第二段階の圧延条件の制御により解決する。

第二段階として、熱間仕上げ圧延の圧下率、温度、圧延後の冷却条件、巻き取り温度を制御することにより、炭化物中へのＭｎ濃化を抑制させて、易溶解の微細炭化物を生成させ、さらに、鋼中に高密度の転位を導入する。本発明では、微細に分散した炭化物と高密度の転位の両方がオーステナイトの逆変態サイトとなることで旧オーステナイト粒を微細化する。逆変態サイトとして効果的に機能させるためには、炭化物は溶解し易いことが望ましい。そのため、ＭｎやＣｒ等の炭化物溶解を阻害する元素を炭化物に濃化させないことが重要である。

また、Ｍｏ、Ｎｂの析出を抑制し、旧オーステナイトの粒界にＮｂやＭｏを固溶させることにより、Ｐの偏析サイトをＮｂとＭｏによって占有させ、旧オーステナイトへのＰの偏析を解消する。これにより、単にＭｏまたはＮｂによる粒界強度の向上のみならず、粒界の脆化強度の低減を抑制することができる。

さらに、コイル巻取条件を制御することにより、炭化物中へのＭｎ濃化を抑制させて、易溶解の微細炭化物を生成させ、さらに、鋼中に高密度の転位を導入することでオーステナイトの強度を上昇させることができ、オーステナイトから下部ベイナイト又はマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトへと相変態する際に、変態により発生する応力を緩和するために有利な結晶方位であるが優先的に生成する。その結果、結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比を制御できる。

これらのホットスタンプ用鋼板は、ホットスタンプ工程における加熱速度を制御することにより、異なる特性を発揮する。

以下、本発明のホットスタンプ用鋼板とその製造方法について説明する。まず、本発明のホットスタンプ用鋼板を構成する成分組成の限定理由について説明する。以下、成分組成に係る％は質量％を意味する。

「Ｃ：０．３５％以上、０．７５％以下」
Ｃは、ホットスタンプ成形体が２０００ＭＰａ以上の引張強さを得るために重要な元素である。０．３５％未満では、マルテンサイトが軟らかく、２０００ＭＰａ以上の引張強さを確保することが困難であるので、Ｃは０．３５％以上とする。好ましくは０．３７％以上である。要求される強度と早期破断抑制のバランスを鑑みて、上限は０．７５％とする。

「Ｓｉ：０．００５％以上、０．２５％以下」
Ｓｉは、変形能を高めて衝撃吸収能の向上に寄与する元素である。０．００５％未満では変形能が乏しくホットスタンプ成形体の衝撃吸収能が劣化するため、０．００５％以上添加する。好ましくは０．０１％以上である。一方、０．２５％を超えると、炭化物への固溶量が増加して炭化物が溶解しにくくなりホットスタンプ成形体の旧オーステナイトの粒径を３μｍに制御できなくなるため、上限を０．２５％とする。好ましくは０．２２％以下である。

「Ｍｎ：０．５％以上、３．０％以下」
Ｍｎは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素である。０．５％未満では固溶強化能が乏しくマルテンサイトが軟らかくなり、ホットスタンプ成形体が２０００ＭＰａ以上の引張強さを確保することが困難であるので、０．５％以上添加する。好ましくは０．７％以上である。一方、３．０％を超えて添加すると、炭化物への固溶量が増加して炭化物が溶解しにくくなりホットスタンプ成形体の旧オーステナイトの粒径を３μｍ以下に制御できなくなるため、３．０％を上限とする。好ましくは、２．５％以下である。

「ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００２％以上、３．０％以下」
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。０．０００２％未満では、脱酸が十分で直径５μｍ以上の粗大な酸化物が生成して早期破断を引き起こすため、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％を超えて添加すると、粗大な酸化物が生成し靭性が損なわれるため、３．０％以下とする。好ましくは２．５％以下であり、より好ましくは０．５％以下である。

「Ｃｒ：０．０５％以上、１．００％以下」
Ｃｒは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素である。０．０５％未満では固溶強化能が乏しくマルテンサイトが軟らかくなり、ホットスタンプ成形体が２０００ＭＰａ以上の引張強さを確保することが困難であるので、０．０５％以上添加する。好ましくは０．１％以上である。一方、１．００％を超えて添加すると、炭化物への固溶量が増加して炭化物が溶解しにくくなりホットスタンプ成形体の旧オーステナイトの粒径を３μｍ以下に制御できなくなるため、１．００％を上限とする。好ましくは、０．８％以下である。

「Ｂ：０．０００５％以上、０．０１０％以下」
Ｂは、固溶強化で強度の向上に寄与する元素である。０．０００５％未満では固溶強化能が乏しくマルテンサイトが軟らかくなり、ホットスタンプ成形体が２０００ＭＰａ以上の引張強さを確保することが困難であるので、０．０００５％以上添加する。好ましくは０．０００８％以上である。一方、０．０１０％を超えて添加すると、炭化物への固溶量が増加して炭化物が溶解しにくくなりホットスタンプ成形体の旧オーステナイトの粒径を３μｍ以下に制御できなくなるため、０．０１０％を上限とする。好ましくは、０．００７％以下である。

「Ｎｂ：０．０１％以上、０．１５％以下」
Ｎｂは、旧オーステナイトの粒界に固溶して粒界の強度を上昇させる元素である。また、Ｎｂは、粒界に固溶することでＰの粒界偏析を阻害するため、粒界の脆化強度を向上させる。さらに、仕上げ圧延直後のオーステナイト中にＮｂとＭｏを固溶させ、さらにコイル巻取条件を制御することにより、オーステナイトの強度を上昇させることができ、オーステナイトから下部ベイナイト又はマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトへと相変態する際に、変態により発生する応力を緩和するために有利な結晶方位であるが優先的に生成する。その結果、結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比を制御すことができる。そのため、０．０１％以上添加する。好ましくは０．０３０％以上である。一方、０．１５％を超えて添加すると、炭化物として析出しやすくなり、粒界への固溶量が低下してしまうため０．１５％以下とする。好ましくは０．１２％以下である。

「Ｍｏ：０．００５％以上、１．００％以下」
Ｍｏは、旧オーステナイトの粒界に固溶して粒界の強度を上昇させる元素である。また、Ｍｏは、粒界に固溶することでＰの粒界偏析を阻害するため、粒界の脆化強度を向上させる。さらに、仕上げ圧延直後のオーステナイト中にＮｂとＭｏを固溶させ、さらにコイル巻取条件を制御することにより、オーステナイトの強度を上昇させることができ、オーステナイトから下部ベイナイト又はマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトへと相変態する際に、変態により発生する応力を緩和するために有利な結晶方位であるが優先的に生成する。その結果、結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比を制御すことができる。そのため、０．００５％以上添加する。好ましくは０．０３０％以上である。一方、１．００％を超えて添加すると、炭化物として析出しやすくなり、粒界への固溶量が低下してしまうため１．００％以下とする。好ましくは０．８０％以下である。

「Ｔｉ：０％以上、０．１５％以下」
Ｔｉは、必須の元素ではないが、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よい。Ｔｉを添加する場合、添加の効果を得るためには、０．０１％以上とするのが好ましい。好ましくは０．０２％である。一方、０．１５％を超えて添加すると、直径５μｍ以上の粗大な炭化物や窒化物を形成して早期破断を引き起こすため、０．１５％以下とする。好ましくは０．１２％以下である。

「Ｎｉ：０％以上、３．００％以下」
Ｎｉは、必須の元素ではないが、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よい。Ｎｉを添加する場合、添加の効果を得るためには、０．０１％以上とするのが好ましい。好ましくは０．０２％である。一方、３．００％を超えて添加すると、鋼が脆くなり早期破断を引き起こすため、３．００％以下とする。好ましくは２．００％以下である。

「Ｐ：０．１０％以下」
Ｐは不純物元素であり、粒界に偏析しやすく、粒界の脆化強度を低下させる元素である。０．１０％を超えると、粒界の脆化強度が著しく低下し、早期破断を引き起こすため、Ｐは０．１０％以下とする。好ましくは０．０５０％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、実用鋼板上、０．０００１％が実質的な下限である。

「Ｓ：０．１０％以下」
Ｓは不純物元素であり、介在物を形成する元素である。０．１０％を超えると、介在物が生成し早期破断を引き起こすため、Ｓは０．１０％以下とする。好ましくは０．００５０％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、実用鋼板上、０．００１５％が実質的な下限である。

「Ｎ：０．０１０％以下」
Ｎは不純物元素であり、窒化物を形成して早期破断を引き起こすため、０．０１０％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、実用鋼板上、０．０００１％が実質的な下限である。

成分組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。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、本発明の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。

次に、本発明のホットスタンプ用鋼板を構成するミクロ組織の限定理由について説明する。

「ミクロ組織の面積率で９０％以上が、下部ベイナイト、マルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの１種以上である」

ホットスタンプ成形体が１５００ＭＰａ以上の引張強度を得るためには、ホットスタンプ用鋼板のミクロ組織が面積率で９０％以上のマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトを含む必要がある。好ましくは９４％以上である。引張強度を確保する観点では、ミクロ組織は下部ベイナイトでもよい。残部は特に規定せず、例えば、上部ベイナイト、残留オーステナイト、パーライトが挙げられる。

下部ベイナイト、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイトの面積率は、次のように測定する。

ホットスタンプ用鋼板の中央部から、板面に垂直な断面を切り出し、＃６００から＃１５００の炭化珪素ペーパーを使用して測定面を研磨した後、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。

１．５〜３％硝酸−アルコール溶液に５〜１０秒間浸漬し、高傾角粒界を現出させる。この際、腐食作業は排気処理装置内で実施し、作業雰囲気の温度は常温とする。

腐食後の試料をアセトンまたはエチルアルコールで洗浄した後に乾燥させ、走査型電子顕微鏡観察に供する。使用する走査型電子顕微鏡は、２電子検出器を装備しているものとする。９．６×１０^−５以下の真空において、加速電圧１０ｋＶ、照射電流レベル８にて試料に電子線を照射し、試料の板厚１／４位置を中心として１／８〜３／８位置の範囲の２次電子像を撮影する。撮影倍率は横３８６ｍｍ×縦２９０ｍｍの画面を基準として１００００倍撮影視野数は１０視野以上とする。

撮影した２次電子像においては、結晶粒界と炭化物が明るいコントラストとして撮像されるため、結晶粒界と炭化物の位置により、簡便に組織を判定することができる。結晶粒の内部に炭化物が形成している場合は、焼き戻しマルテンサイト又は下部ベイナイトであり、結晶粒に内部に炭化物が観察されない組織はマルテンサイトである。

一方、結晶粒界に炭化物が形成している組織は上部ベイナイトまたはパーライトである。

残留オーステナイトについては、上記ミクロ組織とは結晶構造が異なるため、２次電子像を撮像した位置と同一の視野を電子後方散乱回折法にて測定する。使用する走査型電子顕微鏡は、電子後方散乱回折法が可能なカメラを装備しているものとする。９．６×１０ ^−５以下の真空において、加速電圧２５ｋＶ、照射電流レベル１６にて試料に電子線を照射して測定を行い、得られた測定データから面心立方格子のマップを作成する。

撮影倍率は横３８６ｍｍ×縦２９０ｍｍの画面を基準として１００００倍で撮像した写真上に２μｍ間隔のメッシュを作成し、メッシュの交点に位置するミクロ組織を選別していく。各組織の交点数を全ての交点で除した値を当該ミクロ組織の面積分率とする。この操作を１０視野で行い、平均値を算出し、ミクロ組織の面積率とする。

「式（１）で定義する粒界固溶比Ｚが０．４以上」

Ｚ＝粒界におけるＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％／溶解時のＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％ ・・・ （１）

上記式（１）で定義する粒界固溶比Ｚは、優れた衝撃吸収能を確保するうえで重要な組織因子であり、本発明者らが衝撃吸収能を評価するために採用した指標である。粒界にＮｂ及び／又はＭｏが固溶すると、Ｐが粒界に偏析しにくくなり、粒界の結合力が高まるので、粒界の脆化強度が上昇して衝撃吸収能が向上する。ホットスタンプ成形体の上記粒界固溶比Ｚが０．４未満であると、Ｎｂ及び／又はＭｏの粒界強化効果が十分に得られず、所要の衝撃吸収能が得られない。ホットスタンプ用鋼板をホットスタンプに供すると、熱処理によりＮｂ、Ｍｏの粒界固溶量が減少するので、上記粒界固溶比Ｚは０．４以上とする。好ましくは０．５以上である。上限は、特に限定しないが、理論上１．０が上限となる。

粒界固溶比Ｚは、次のように測定する。

ホットスタンプ用鋼板の中央部から、図１に示す寸法の試験片を作製する。この際、板厚が１．２ｍｍとなるように、試験片の表裏面を同量ずつ機械研削によって除去する。試験片中央部の切れ込みは、厚さ１ｍｍのワイヤーカッターにより挿入し、切れ込み底の結合部は１００μから２００μｍに制御する。

次に、試験片を２０％−チオシアン酸アンモニウム溶液に７２〜１２０ｈｒ浸漬させる。

浸漬完了後０．５ｈｒ以内に試験片の表裏面に亜鉛めっきを施す。

めっき後は１．５ｈｒ以内にオージェ電子発光分光分析に供する。オージェ電子発光分光分析を実施するための装置の種類は特に限定されない。試験片を分析装置内にセッティングし、９．６×１０^−５以下の真空において、試験片の切れ込み部分から破壊して、旧オーステナイト粒界を露出させる。露出した旧オーステナイト粒界に、１〜３０ｋＶの加速電圧で電子線を照射し、当該粒界におけるＮｂ及び／又はＭｏの質量％（濃度）を測定する。測定は、１０ヶ所以上の旧オーステナイト粒界において実施する。粒界の汚染を防ぐため、破壊後３０分以内に測定を完了させる。

得られたＮｂ及び／又はＭｏの質量％（濃度）の平均値を算出し、添加したＮｂ及び／又はＭｏの質量％で除した値を粒界固溶比Ｚとする。

「下部ベイナイト又はマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトを構成する結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比が２．８以上」

ホットスタンプ用鋼板において、下部ベイナイト、マルテンサイト、又は焼戻しマルテンサイトを構成する結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比が２．８未満であると、ホットスタンプ成形体においてき裂進展抑制効果が高い結晶方位が生成せず、優れた曲げ変形能を得ることができなくなる。そのため、当該Ｘ線ランダム強度比は２．８以上とする。当該Ｘ線ランダム強度比は、好ましくは３．０以上である。上限は特に定めないが、実操業上は１５．０以上にするのは困難であるため１５．０が実質の上限である。

次に、金属組織の算出方法について説明する。

ホットスタンプ用鋼板の中央部からその表面に垂直な断面（板厚断面）が観察できるようにサンプルを切り出す。＃６００から＃１５００の炭化珪素ペーパーを使用して測定面を研磨した後、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、標準コロイドシリカ懸濁液（粒径０．０４μｍ）を使用して仕上げ研磨を行う。研磨後の試料をアセトンまたはエチルアルコールで洗浄した後に乾燥させ、走査型電子顕微鏡内にセットする。使用する走査型電子顕微鏡は、ＥＢＳＤ検出器（ＴＳＬ製ＤＶＣ５型検出器）を装備しているものとする。

サンプルの板厚３／８位置〜５／８位置において、板厚方向に５００μｍ、圧延方向に１０００μｍの範囲を０．２μｍの測定間隔でＥＢＳＤ測定して結晶方位情報を得る。測定条件は、真空レベルが９．６×１０^−５以下、加速電圧が１５ｋＶ、照射電流レベルが１３、Ｂｉｎｎｉｎｇ サイズが８×８、露光時間を６２秒とする。

測定データをＥＢＳＤ解析装置に付属のソフトウェア「ＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ（登録商標）」を用いて解析し、｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比を算出する。ソフトウェアに搭載されているパラメタである「Ｔｅｘｔｕｒｅ」機能と「結晶方位分布関数」機能を用いて、φ_２＝４５°断面の結晶方位分布関数を描画する。描画された画像から、｛１１２｝＜１１１＞極点位置のＸ線ランダム強度比を読み取る。

「粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０¹⁶個／ｃｍ³以上」
粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０ ¹⁶個／ｃｍ³以上であれば、微細に分散した炭化物がオーステナイトの逆変態サイトとなることで、ホットスタンプ成形体の旧オーステナイト粒を微細化することができる。個数密度が１×１０¹⁶個／ｃｍ³未満では効果が得られないため、１×１０¹⁶個／ｃｍ³を下限とする。好ましくは、３×１０¹⁶個／ｃｍ³である。上限は特に定めないが、要求される強度と早期破断抑制のバランスを鑑みて、上限を１０００×１０¹⁶個／ｃｍ³とする。なお、本願で定める製造条件で製造された鋼板であれば、生成する炭化物は主としてセメンタイト及びイプシロン炭化物となる。

次に、金属組織の算出方法について説明する。

ホットスタンプ用鋼板からその表面に垂直な断面（板厚断面）が観察できるようにサンプルを切り出す。＃６００から＃１５００の炭化珪素ペーパーを使用して測定面を研磨した後、粒度１μｍから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「黒澤文夫、田口勇、松本龍太郎、日本金属学会誌、４３、１０６８ （１９７９）」に記載の非水溶性電界液を用いたＳＰＥＥＤ法による電界エッチングを行い、微細炭化物を簡便に観察でるように試料を調整する。この手法は、炭素鋼とセメンタイトやイプシロン炭化物の分解電位が異なることを利用し、地鉄のみが分解する電位で電解することにより、炭化物の観察を容易に行うことが可能な手法である。非水溶性の電解液を用いることにより、水溶性であるセメンタイトやイプシロン炭化物の分解が抑制されるため、微細な炭化物の寸法測定や個数密度の測定に適している。

試料の観察面をアセチルアセトン系電解液に浸漬し、３００ｍＶの電解電位で２秒間の電解を行う。電界後の試料をアセトンまたはエチルアルコールで洗浄した後に乾燥させ、走査型電子顕微鏡内にセットする。使用する走査型電子顕微鏡は、２次電子検出器を装備している機種を用いる。９．６×１０^−５以下の真空において、加速電圧１０ｋＶ、照射電流レベル８にて試料に電子線を照射し、サンプルの板厚３／８位置〜５／８位置において、横３８６ｍｍ×縦２９０ｍｍの画面を基準として倍率３００００倍の視野を１０視野観察する。

観察視野に含まれる粒径（長軸の長さ）が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数を測定する。１つの視野に含まれる上記炭化物の個数を、観察視野の面積で除した値を算出する。同様の操作を１０視野で行い、全視野の平均値をセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度とする。

次に、本発明に係るホットスタンプ用鋼板を得るための製造方法の形態を説明する。

＜ホットスタンプ用鋼板の製造方法＞

（１）連続鋳造工程
上述の化学組成を有する溶鋼を連続鋳造法により、鋼片（スラブ）にする。この連続鋳造工程では、単位時間当たりの溶鋼鋳込み量を６ｔｏｎ／分以下とする。連続鋳造時に溶鋼の単位時間あたりの鋳込み量（鋳込み速度）が６ｔｏｎ／分を超えると、Ｍｎのミクロ偏析が増加するとともに、ＭｏやＮｂを主体とする析出物の核生成量が増加してしまう。鋳込み量を５ｔｏｎ／分を以下とすることがさらに好ましい。鋳込み量の下限は特に限定されないが、操業コストの観点から、０．１ｔｏｎ／分以上であることが好ましい。

（２）熱間圧延工程
上述の鋼片を熱間圧延して鋼板とする。その際、式（２）で定義されるＡ３変態温度＋３０℃以上かつＡ３変態温度＋２００℃以下の温度域で熱間圧延を終了し、その際の最終段圧下率を１２％以上とし、仕上げ圧延終了後から１秒以内に冷却を開始し、仕上げ圧延終了温度から５５０℃までの温度域を１００℃／秒以上の冷却速度で冷却し、５００℃未満の温度で巻き取る。

Ａ３変態温度＝８５０＋１０×（Ｃ＋Ｎ）×Ｍｎ＋３５０×Ｎｂ＋２５０×Ｔｉ＋４０×Ｂ＋１０×Ｃｒ＋１００×Ｍｏ ・・・・式（２）

仕上げ圧延温度をＡ３変態温度＋３０℃以上とすることにより、オーステナイトの再結晶を促進させる。これにより、結晶粒内における小傾角粒界の形成が抑制され、Ｎｂ、Ｍｏの析出サイトを減少させることができる。好ましくは、Ａ３変態温度＋５０℃以上である。

仕上げ圧延温度をＡ３変態温度＋２００℃以下とすることにより、オーステナイトの過度な粒成長を抑制する。Ａ３変態温度＋２００℃以下の温度域で仕上げ圧延することにより、オーステナイトの再結晶が促進され、なおなつ、過度な粒成長も起こらないため、巻き取り工程において、微細な炭化物を得ることができる。好ましくは、Ａ３変態温度＋１５０℃以下である。

仕上げ圧延の圧下率を１２％以上とすることにより、オーステナイトの再結晶を促進させる。これにより、結晶粒内における小傾角粒界の形成が抑制され、Ｎｂ、Ｍｏの析出サイトを減少させることができる。好ましくは、１５％以上である。

仕上げ圧延終了後から１秒以内、好ましくは０．８秒以内に冷却を開始し、仕上げ圧延終了温度から５５０℃までの温度域を１００℃／秒以上の冷却速度で冷却することにより、ＮｂおよびＭｎの析出が促進される温度域での停留時間を減少させることができる。その結果、オーステナイト中でのＮｂ、Ｍｏの析出を抑制させることができ、オーステナイト粒界におけるＮｂおよびＭｏの固溶量が増加する。

巻き取り温度を５００℃未満とすることにより、上記効果を高めるとともに、炭化物中へのＭｎ濃化を抑制させて、易溶解の微細炭化物を生成させ、さらに、鋼中に高密度の転位を導入する。好ましくは４８０℃未満である。巻取り温度が５００℃を超えると、粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０^１６個／ｃｍ^３以上とならない。下限は特に定めないが、室温以下で巻き取ることは実操業上困難であるため、室温が下限となる。

また、仕上げ圧延直後では、ＮｂやＭｏはオーステナイト中に固溶しており、ＮｂやＭｏが固溶したオーステナイトから、下部ベイナイト、マルテンサイト、又は焼戻しマルテンサイトへと変態させることにより、Ｎｂ、Ｍｏが変態により発生する応力を緩和するために有利な結晶方位を優先的に生成させるので、上記のとおり、仕上げ圧延終了後から１秒以内に冷却を開始し、仕上げ圧延終了温度から５５０℃までの温度域を１００℃／秒以上の冷却速度で冷却することにより、結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比を制御することができる。

（３）めっき層の形成
鋼板の表面上に、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。

（４）その他の工程
ホットスタンプ用鋼板の製造においては、その他、酸洗、冷間圧延、調質圧延等、公知の製法を含んでもよい。

＜ホットスタンプ成形体の製造工程の一例＞
次に、本発明に係るホットスタンプ用鋼板を用いて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。ホットスタンプ成形体を得るための方法は、以下の形態に限定されるものではない。

（製法Ａ）強度に優れたホットスタンプ成形体を得る製法
ホットスタンプ用鋼板を、５００℃以上Ａ３点以下の温度域を１００℃／ｓ以上２００℃／ｓ未満の平均加熱速度で加熱して保持した後、ホットスタンプ成形し、成形後、成形体を、室温まで冷却する。また、強度を調整するために、ホットスタンプ成形体の一部の領域又は全ての領域を２００℃以上、５００℃以下の温度で焼戻してもよい。

５００℃以上Ａ３点以下の温度域を１００℃／ｓ以上２００℃／ｓ未満の平均加熱速度で加熱することにより、易溶解の微細炭化物と高密度の転位の両方を旧オーステナイトの核生成サイトとし、旧オーステナイトの平均粒径を３μｍ以下に制御することができる。さらに、加熱中のＮｂＣ、ＭｏＣの析出を抑制し、旧オーステナイトの粒界におけるＮｂ及びＭｏの１種又は２種の固溶比を増加させることにも寄与する。好ましくは、１２０℃／ｓ以上である。平均加熱速度が２００℃／sを超えると、炭化物の溶解が未完了のままオーステナイトへの変態が促進されてしまい、靱性の劣化を招くため、２００℃／sを上限とする。好ましくは１８０℃／ｓ未満である。

ホットスタンプ時の保持温度は、Ａ３点＋５０℃以上、Ａ３点＋１５０℃以下とすることが好ましい。また、ホットスタンプ後の冷却速度は１０℃／ｓ以上とすることが好ましい。

（製法Ｂ：曲げ変形に優れたホットスタンプ成形体を得る製法）
ホットスタンプ用鋼板をそのまま、又は、該鋼板に冷間圧延を施した鋼板、又は、該鋼板にめっきを施した鋼板を、Ａ３点以上に平均速度１００℃／ｓ未満で加熱して保持した後、ホットスタンプ成形し、成形後、成形体を、室温まで冷却する。また、強度を調整するために、ホットスタンプ成形体の一部の領域又は全ての領域を２００℃以上、５００℃以下の温度で焼戻してもよい。

ホットスタンプ時の保持温度は、Ａ３点＋１０℃以上、Ａ３点＋１５０℃以下とすることが好ましい。また、ホットスタンプ後の冷却速度は１０℃／ｓ以上とすることが好ましい。

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に示す成分組成の溶鋼を鋳造して製造した鋼片に、表２に示す熱間圧延を施してホットスタンプ用鋼板とした。得られたホットスタンプ用鋼板について、先述の方法により、下部ベイナイト及びマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの面積率、ＮｂおよびＭｏの粒界固溶比、下部ベイナイト又はマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトを構成する結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比、粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度を測定した。

また、得られたホットスタンプ用鋼板を用いて、表３に示す条件で、冷間圧延、めっきを施し、ホットスタンプ成形体を作成した。ホットスタンプ時の熱処理は、５００℃以上Ａ３点以下の温度域の平均加熱速度を様々な速度で行った。

５００℃以上Ａ３点以下の温度域の平均加熱速度を１００℃／ｓ以上としてホットスタンプ成形体を作製したサンプルについては、引張強度を測定し、さらに、衝撃吸収能について評価した。

５００℃以上Ａ３点以下の温度域の平均加熱速度を１００℃／ｓ未満としてホットスタンプ成形体を作製したサンプルについては、引張強度を測定し、さらに、曲げ変形能について評価した。

また、衝撃吸収能は早期破断の有無で評価し、下記の評価基準において早期破断が起こらなかった材料を合格とした。衝撃吸収能に優れているとは、衝突時のエネルギー吸収量が大きいことを意味する。すなわち、応力ひずみ曲線における積分値が大きいことであり、これは、早期破断しない（最大応力に到達した後に破断する）ことにより評価できる。

引張試験で得られた最大強度を材料のビッカース硬さの３．３倍の値で除した数値が０．８５以上である場合を、早期破断が抑制されていると判断した。材料のビッカース硬さは次の方法で測定した。

ホットスタンプ成形体から、板面に垂直な断面を切り出し、＃６００から＃１５００の炭化珪素ペーパーを使用して測定面を研磨した後、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。ビッカース硬さ試験機を用いて、板厚１／４位置に、荷重１ｋｇｆで、測定間隔は圧痕の３倍以上の間隔で１０点測定し平均値を鋼板の硬さとした。

曲げ変形能の評価はドイツ自動車工業会で規定されたＶＤＡ基準（ＶＤＡ２３８−１００）に基づいて以下の測定条件で評価を行った。本発明では曲げ試験で得られる最大荷重時の変位をＶＤＡ基準で角度に変換し、最大曲げ角度を求め、最大曲げ角が５０°以上となった材料を合格とした。

試験片寸法：６０ｍｍ（圧延方向）×３０ｍｍ（圧延と垂直方向）、板厚１．０ｍｍ
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：２.０×１．０（ｍｍ）＋０．５ｍｍ
押し込み速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
試験機：ＳＨＩＭＡＤＺＵ ＡＵＴＯＧＲＡＰＨ ２０ｋＮ

本発明のホットスタンプ用鋼板は、引張強度が２０００ＭＰａ以上であり、優れた曲げ変形能を有することが確認できた。一方、化学組成、製造方法が適切でない例では、目標とする特性が得られなかった。

そして、ホットスタンプ成形体の旧オーステナイトの粒径を３μｍ以下とするには、成形前の鋼板において、セメンタイト又はイプシロン炭化物の個数密度が１×１０¹⁶ 個／ｍ ^２ 以上とし、さらにＮｂ及びＭｏの１種又は２種を旧オーステナイト粒界に固溶させて粒界の脆化強度を上昇させればよいことを見出した。

（１）成分組成が、質量％で、Ｃ：０．３５％以上、０．７５％以下、Ｓｉ：０．００５％以上、０．２５％以下、Ｍｎ：０．５％以上、３．０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００２％以上、３．０％以下、Ｃｒ：０．０５％以上、１．００％以下、Ｂ：０．０００５％以上、０．０１０％以下、Ｎｂ：０．０１％以上、０．１５％以下、Ｍｏ：０．００５％以上、１．００％以下、Ｔｉ：０％以上、０．１５％以下、Ｎｉ：０以上、３．００％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．１０％以下、Ｎ：０．０１０％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、ミクロ組織が、下部ベイナイト、マルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの少なくとも１種を面積率で９０％以上含み、Ｚ＝（粒界におけるＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％）／（溶解時のＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％）定義される粒界固溶比Ｚが０．４以上であり、上記下部ベイナイト、マルテンサイト、又は焼戻しマルテンサイトを構成する結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比が２．８以上であり、粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０^１６ 個／ｍ ^２ 以上であることを特徴とするホットスタンプ用鋼板。

本発明の特徴は、セメンタイト又はイプシロン炭化物の個数密度が１×１０¹⁶ 個／ｍ ^２ 以上とし、さらにＮｂ及びＭｏの１種又は２種を旧オーステナイト粒界に固溶させて粒界の脆化強度を上昇させることである。さらに、鋼板の下部ベイナイト又はマルテンサイト又は焼戻しマルテンサイトの結晶粒の結晶方位である｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比を制御することである。本発明者らは鋭意検討の結果、以下の方法により上記の組織が得られることを知見した。

「粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０¹⁶ 個／ｍ ^２ 以上」
粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０¹⁶ 個／ｍ ^２ 以上であれば、微細に分散した炭化物がオーステナイトの逆変態サイトとなることで、ホットスタンプ成形体の旧オーステナイト粒を微細化することができる。個数密度が１×１０¹⁶ 個／ｍ ^２ 未満では効果が得られないため、１×１０¹⁶ 個／ｍ ^２ を下限とする。好ましくは、３×１０¹⁶ 個／ｍ ^２ である。上限は特に定めないが、要求される強度と早期破断抑制のバランスを鑑みて、上限を１０００×１０¹⁶ 個／ｍ ^２ とする。なお、本願で定める製造条件で製造された鋼板であれば、生成する炭化物は主としてセメンタイト及びイプシロン炭化物となる。

巻き取り温度を５００℃未満とすることにより、上記効果を高めるとともに、炭化物中へのＭｎ濃化を抑制させて、易溶解の微細炭化物を生成させ、さらに、鋼中に高密度の転位を導入する。好ましくは４８０℃未満である。巻取り温度が５００℃を超えると、粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０^１６ 個／ｍ ^２ 以上とならない。下限は特に定めないが、室温以下で巻き取ることは実操業上困難であるため、室温が下限となる。

Claims (2)

1. 成分組成が、質量％で、
   Ｃ ：０．３５％以上、０．７５％以下、
   Ｓｉ：０．００５％以上、０．２５％以下、
   Ｍｎ：０．５％以上、３．０％以下、
   ｓｏｌ．Ａｌ：０．０００２％以上、３．０％以下、
   Ｃｒ：０．０５％以上、１．００％以下、
   Ｂ ：０．０００５％以上、０．０１０％以下、
   Ｎｂ：０．０１％以上、０．１５％以下、
   Ｍｏ：０．００５％以上、１．００％以下、
   Ｔｉ：０％以上、０．１５％以下、
   Ｎｉ：０以上、３．００％以下、
   Ｐ ：０．１０％以下、
   Ｓ ：０．１０％以下、
   Ｎ ：０．０１０％以下
   を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
   ミクロ組織が、下部ベイナイト、マルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの少なくとも１種を面積率で９０％以上含み、
   Ｚ＝（粒界におけるＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％）／（溶解時のＮｂ及びＭｏの１種又は２種の質量％）定義される粒界固溶比Ｚが０．４以上であり、
   上記下部ベイナイト、マルテンサイト、又は焼戻しマルテンサイトを構成する結晶粒の｛１１２｝＜１１１＞のＸ線ランダム強度比が２．８以上であり、
   粒径が５０ｎｍ以下のセメンタイト及びイプシロン炭化物の個数密度が合計で１×１０ ^１６個／ｃｍ^３以上である
   ことを特徴とするホットスタンプ用鋼板。
2. めっき層を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。

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