JPWO2020189767A1 - ホットスタンプ成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2019年3月20日に、日本に出願された特願2019−052103号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
二回目熱処理の保持工程後の鋼材には、ホットスタンプ、および、冷却が実施される。
なお、Ac3’点は、実験によって求められる温度である。詳細は後述する。
[1]本発明の一態様に係るホットスタンプ成形体は、質量%で、
C :0.40%以上、0.70%以下、
Si:0.010%以上、1.30%以下、
Mn:0.40%以上、3.00%以下、
sol.Al:0.0010%以上、0.500%以下、
Ti:0.010%以上、0.100%以下、
Cr:0.010%以上、0.80%以下、
B :0.0005%以上、0.0100%以下、
P :0.100%以下、
S :0.0100%以下、
N :0.0100%以下、
Nb:0%以上、0.100%以下、
Mo:0%以上、1.00%以下、
V :0%以上、0.100%以下、
Ni:0%以上、0.50%以下、
REM:0%以上、0.0100%以下、
Mg:0%以上、0.0100%以下、
Ca:0%以上、0.0100%以下、
Co:0%以上、4.00%以下、並びに
残部がFe及び不純物である化学組成を有し、
ミクロ組織中の旧オーステナイト粒の平均粒径が5.0μm以下であり、
前記旧オーステナイト粒の粒界の平均Mn濃度が1.0質量%以下である。
[2]上記[1]に記載のホットスタンプ成形体は、質量%で、
Nb:0.010%以上、0.100%以下、
Mo:0.01%以上、1.00%以下、
V :0.001%以上、0.100%以下、
Ni:0.001%以上、0.50%以下、
REM:0.0010%以上、0.0100%以下、
Mg:0.0010%以上、0.0100%以下、
Ca:0.0010%以上、0.0100%以下、および
Co:0.10%以上、4.00%以下
から選択される1種または2種以上の元素を含有してもよい。
[3]上記[1]または[2]に記載のホットスタンプ成形体は、表面にめっき層を備えてもよい。
[4]上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載のホットスタンプ成形体は、一部に軟化領域を有してもよい。
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。以下、化学組成についての%は全て質量%を意味する。「以上」または「以下」と示す数値には、その値が数値範囲に含まれる。「未満」または「超」と示す数値には、その値が数値範囲に含まれない。
Cは、ホットスタンプ成形体において2000MPa以上の引張強さを得るために重要な元素である。C含有量が0.40%未満では、マルテンサイトが軟質となり、2000MPa以上の引張強さを得ることが困難である。そのため、C含有量は0.40%以上とする。C含有量は、好ましくは0.43%以上、0.45%以上である。一方、C含有量が0.70%超では、粗大な炭化物が生成して破壊が生じやすくなり、ホットスタンプ成形体の靭性が低下する。そのため、C含有量は0.70%以下とする。C含有量は、好ましくは0.60%以下、0.55%以下である。
Siは、粗大なセメンタイトの形成を抑制する効果があり、ホットスタンプ成形体の靭性を確保するために重要な元素である。また、Siは、焼戻し軟化抵抗を有しており、ホットスタンプ焼入れ時の自己焼戻しによる強度低下を抑える作用がある。Si含有量が0.010%未満では上記効果が得られず、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する場合がある。そのため、Si含有量は0.010%以上とする。好ましくは、0.02%以上、0.03%以上である。一方、1.30%超のSiを含有する場合、オーステナイトの安定度が低下し、二回目熱処理時に大傾角粒界へのMnの拡散が十分に進まないことから、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する。そのため、Si含有量は1.30%以下とする。好ましくは、1.20%以下、1.00%以下である。
Mnは、固溶強化によりホットスタンプ成形体の強度の向上に寄与する元素である。Mn含有量が0.40%未満では、固溶強化能が乏しくマルテンサイトが軟質となり、ホットスタンプ成形体において2000MPa以上の引張強さを得ることは困難である。そのため、Mn含有量は0.40%以上とする。Mn含有量は、好ましくは0.50%以上、0.60%以上である。一方、Mn含有量を3.00%超とすると、鋼中に粗大な介在物が生成して破壊が生じやすくなり、ホットスタンプ成形体の靭性が低下する。そのため、Mn含有量は3.00%以下とする。好ましくは、2.50%以下、2.00%以下、1.50%以下である。
Alは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する(鋼にブローホールなどの欠陥が生じることを抑制する)作用を有する元素である。sol.Al含有量が0.0010%未満では、脱酸が十分に行われない。そのため、sol.Al含有量は0.0010%以上とする。sol.Al含有量は、好ましくは0.010%以上、0.020%以上、である。一方、sol.Al含有量が0.500%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靱性が低下する。そのため、sol.Al含有量は0.500%以下とする。好ましくは、0.400%以下、0.350%以下である。
なお、sol.Alとは酸可溶性Alを意味し、固溶状態で鋼中に存在する固溶Alのことを示す。
Tiは、炭窒化物を形成し、ホットスタンプ加熱時(特に、二回目熱処理時)のオーステナイトの粒成長を抑制する元素である。Ti含有量が0.010%未満では上記効果が得られず、旧オーステナイト粒が粗大化し、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する。そのため、Ti含有量は0.010%以上とする。Ti含有量は、好ましくは0.020%以上、0.025%以上である。一方、0.100%を超えてTiを含有させると、粗大なTiNが生成するため、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する。そのため、Ti含有量は0.100%以下とする。Ti含有量は、好ましくは0.080%以下、0.060%以下である。
Crは、炭化物形成元素であるとともに炭化物を微細化させて、ホットスタンプ成形体の靭性を向上させる元素である。Cr含有量が0.010%未満では上記効果が得られない。そのため、Cr含有量は0.010%以上とする。Cr含有量は、好ましくは0.10%以上、0.15%以上である。一方、0.80%超のCrを含有させても上記効果は飽和する。また、旧オーステナイト粒界のMn偏析サイトを埋めてしまい、一回目熱処理時のMnの旧オーステナイト粒界への偏析を阻害する。その結果、旧オーステナイト粒内のMn量が増加し、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する場合がある。そのため、Cr含有量は0.80%以下とする。Cr含有量は、好ましくは0.60%以下、0.50%以下、0.40%以下である。
Bは、粒界に偏析して鋼の焼き入れ性を高める元素である。B含有量が0.0005%未満では上記効果が得られず、フェライトが形成される場合がある。その結果、2000MPa以上の引張強さを得ることが困難となる場合およびホットスタンプ成形体の靭性が劣化する場合がある。そのため、B含有量は0.0005%以上とする。B含有量は、好ましくは0.0010%以上、0.0015%以上、0.0020%以上である。一方、Bは旧オーステナイト粒界に偏析しやすいため、0.0100%を超えて含有させると、一回目熱処理時に、旧オーステナイト粒界へのMnの偏析を阻害する。その結果、旧オーステナイト粒内のMnが増加し、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する場合がある。よって、B含有量は0.0100%以下とする。B含有量は、好ましくは0.0075%以下、0.0050%以下である。
Pは、粒界に偏析し、粒界の強度を低下させる元素である。P含有量が0.100%を超えると、粒界の強度が著しく低下して、ホットスタンプ成形体の靱性が低下する。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、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。実操業上、P含有量は0.0001%以上としてもよい。
Sは、鋼中に介在物を形成する元素である。S含有量が0.0100%を超えると、鋼中に多量の介在物が生成し、ホットスタンプ成形体の靱性が低下する。そのため、S含有量は0.0100%以下とする。S含有量は、好ましくは0.0040%以下である。S含有量の下限は特に限定しないが、0.00015%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。実操業上、S含有量は0.00015%以上、0.0002%以上としてもよい。
Nは、不純物元素であり、鋼中に窒化物を形成してホットスタンプ成形体の靱性を劣化させる元素である。N含有量が0.0100%を超えると、鋼中に粗大な窒化物が生成されて、ホットスタンプ成形体の靱性が著しく低下する。そのため、N含有量は0.0100%以下とする。N含有量は、好ましくは0.0075%以下、0.0050%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。実操業上、N含有量は0.0001%以上としてもよい。
Nbは、固溶強化によりホットスタンプ成形体の強度を向上させるとともに炭窒化物を形成することにより旧オーステナイト粒の細粒化に寄与する元素である。そのため、必要に応じてNbを含有させても良い。Nbを含有させる場合、上記効果を確実に発揮させるために、Nb含有量は0.010%以上とすることが好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.035%以上である。一方、0.100%を超えてNbを含有させると、炭窒化物が過剰に生成し、ホットスタンプ成形体の靭性が低下する場合がある。そのため、Nb含有量は0.100%以下とすることが好ましい。Nb含有量は、より好ましくは0.080%以下である。
Moは、固溶強化によりホットスタンプ成形体の強度を向上させるとともに、鋼の焼き入れ性を高め、靭性を劣化させるフェライトの形成を抑制する元素である。そのため、必要に応じてMoを含有させても良い。Moを含有させる場合、上記効果を確実に発揮させるために、Mo含有量は0.01%以上とすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは0.02%以上である。一方、1.00%を超えてMoを含有させても上記効果は飽和するばかりか、合金コストの上昇を引き起こす。そのため、Mo含有量は1.00%以下とすることが好ましい。Mo含有量は、より好ましくは0.80%以下である。
Vは、固溶強化によりホットスタンプ成形体の強度を向上させる元素である。この効果を確実に得るためには、V含有量は0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは、V含有量は0.050%以上である。一方、V含有量が0.100%を超えると、炭窒化物が過剰に生成し、ホットスタンプ成形体の靱性が低下する。そのため、V含有量は0.100%以下とすることが好ましい。V含有量は、より好ましくは0.090%以下である。
Niは、オーステナイトに固溶し、鋼の焼き入れ性を高める作用を有するとともに、ホットスタンプ成形体の靭性を向上させる元素である。上記効果を確実に得るためには、Ni含有量を0.001%以上とすることが好ましい。より好ましくは、0.01%以上である。一方、0.50%を超えてNiを含有させても上記効果は飽和するとともに合金コストの上昇を引き起こす。そのため、Ni含有量は0.50%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.40%以下である。
REMは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用を有する元素であるとともに、ホットスタンプ成形体の靭性を向上させる元素である。そのため、必要に応じてREMを含有させてもよい。上記効果を確実に得るためには、REM含有量は0.0010%以上とすることが好ましい。より好ましくは、0.0020%以上である。一方、0.0100%を超えてREMを含有させても上記効果が飽和して、コストの上昇を引き起こす。そのため、REM含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0080%以下である。
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元素を指す。本実施形態では、REMの含有量とはこれらの元素の合計含有量を指す。ランタノイドの場合、工業的にはミッシュメタルの形で添加される。
Mgは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用を有する元素であり、ホットスタンプ成形体の靭性を向上させる。そのため、必要に応じてMgを含有させてもよい。上記効果を確実に得るためには、Mg含有量は0.0010%以上とすることが好ましい。より好ましくは、0.0020%以上である。一方、0.0100%を超えてMgを含有させても、上記効果は飽和してコストの上昇を引き起こす。そのため、Mg含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0080%以下である。
Caは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用を有する元素であり、ホットスタンプ成形体の靭性を向上させる。そのため、必要に応じてCaを含有させてもよい。上記効果を確実に得るためには、Ca含有量は0.0010%以上とすることが好ましい。より好ましくは、0.0020%以上である。一方、0.0100%を超えてCaを含有させても、上記効果は飽和してコストの上昇を引き起こす。そのため、Ca含有量は0.0100%以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.0080%以下である。
Coは、マルテンサイト開始温度(Ms点)を上昇させる作用を有する元素であり、ホットスタンプ成形体の靭性を向上させる。そのため必要に応じてCoを含有させてもよい。Coを含有させる場合、上記効果を確実に発揮させるためには、Co含有量は0.10%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.20%以上である。一方、Co含有量が4.00%超を超えると鋼の焼き入れ性が低下し、2000MPa以上の引張強さを得ることが困難となる。そのため、Co含有量は4.00%以下とすることが好ましい。より好ましくは3.00%以下である。
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。本実施形態において、ホットスタンプ成形体のミクロ組織とは、表面から板厚t/4位置(tは板厚)を中心とした、表面から板厚t/8深さ〜表面から板厚3t/8深さの領域におけるミクロ組織を意味する。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、ミクロ組織中の旧オーステナイト粒の平均粒径が5.0μm以下であり、前記旧オーステナイト粒の粒界の平均Mn濃度が1.0質量%以下である。以下、各規定について説明する。
ホットスタンプ成形体において優れた靭性を得るためには、ミクロ組織は微細であるほど好ましい。本発明者らは、引張強さが2000MPaを超える高強度のホットスタンプ成形体では、旧オーステナイト粒の平均粒径が5.0μmを超えると靭性が劣化することを知見した。従って、旧オーステナイト粒の平均粒径は5.0μm以下とする。より好ましくは、4.5μm以下、4.0μm以下、3.5μm以下である。
旧オーステナイト粒の平均粒径は、1.0μm以上、または2.0μm以上としてもよい。
旧オーステナイト粒界の平均Mn濃度は、0.1質量%以上、または0.2質量%以上としてもよい。
旧オーステナイト粒の平均粒径は、次の方法により測定する。
まず、ホットスタンプ成形体を540℃で24hr熱処理する。これにより、旧オーステナイト粒界の腐食が促進される。熱処理は、炉加熱や通電加熱によって行えばよく、昇温速度は0.1〜100℃/s、冷却速度は0.1〜150℃/sとする。熱処理後のホットスタンプ成形体の中央部(端部を避けた部分)から板面に垂直な板厚断面を切り出す。この板厚断面を#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。この板厚断面を観察面とする。
旧オーステナイト粒の粒界の平均Mn濃度の測定方法について説明する。
ホットスタンプ成形体の中央部(端部を避けた部分)から、図1に示す寸法の試験片を作製する。試験片は、板厚(図1中の紙面に垂直な方向の試験片長さ)が1.2mmとなるように、その表裏面を同量ずつ機械研削によって除去する。試験片の長さ方向(図1中の左右方向)の中央部には、切れ込みが設けられる。この切れ込みは、厚さ1mmのワイヤーカッターを挿入して形成する。試験片の幅方向(図1中の上下方向)において、切れ込み底と、切り込みが設けられていない側面との距離は、100〜200μmに制御する。
好ましくは、ミクロ組織は、マルテンサイト(フレッシュマルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトを含む)が主相(面積率で90%以上)であり、残部組織(上部ベイナイト、下部ベイナイトおよび残留オーステナイト、並びに、鉄炭化物および/または合金炭化物)の面積率が10%以下である。マルテンサイトの面積率は、より好ましくは95%以上であり、更に好ましくは100%である。残部組織の面積率は、マルテンサイトの面積率との関係から、より好ましくは5%以下、更に好ましくは0%であることが好ましい。
マルテンサイトの面積率の測定は以下の方法により行う。
ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた位置(または端部を避けた位置)から、板厚断面が観察できるようにサンプルを採取する。観察面を研磨した後、ナイタール腐食を行い、炭化物および結晶粒界のコントラストを明瞭にする。次に、2次電子検出器を装備した電解放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)を用い、サンプルの板厚t/4位置を中心とした領域(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)について、5000倍の撮影倍率で2次電子像を撮影する。
下部ベイナイトおよび焼戻しマルテンサイトもラス状結晶粒の集合からなる相であるが、ラス内部に炭化物を含む相である。下部ベイナイトと焼戻しマルテンサイトとは炭化物の伸長方向により区別する。下部ベイナイトの炭化物は単一のバリアントを有し、一つの結晶粒内に存在する炭化物の角度差は5°以内であり、実質的に単一の方向を有する。一方、焼戻しマルテンサイトの炭化物は複数のバリアントを有し、一つの結晶粒内に存在する炭化物は複数の方向に伸長している。これらの差異より、下部ベイナイトと焼戻しマルテンサイトとを区別する。
残部組織の面積率は、100%からマルテンサイトの面積率を差し引くことで得る。
ホットスタンプ成形体のミクロ組織において、粗大な炭化物が多く含まれると、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する場合がある。そのため、粗大な炭化物量は極力少ないことが望ましい。本実施形態では、円相当直径が0.20μm以上である炭化物の個数密度は、0.5個/μm2以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.3個/μm2以下、0.2個/μm2以下である。円相当直径が0.20μm以上である炭化物の個数密度は少ない程好ましいため、0個/μm2としてもよい。
ホットスタンプ成形体の板厚断面が観察面となるように試料を採取し、観察面を電界研磨によって仕上げる。その後、表面から板厚t/8深さ〜表面から板厚3t/8深さの領域を、倍率20000倍で10視野以上観察する。画像解析により、観察された各炭化物の面積から、各炭化物の円相当直径を求める。円相当直径が0.20μm以上である炭化物の個数密度を算出することで、円相当直径が0.20μm以上である炭化物の個数密度を得る。
なお、本実施形態では、マルテンサイト中のラス内あるいはラス状に存在する長径5nm以上の粒子を炭化物とみなす。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、引張(最大)強さが2000MPa以上であってもよい。好ましくは、2200MPa以上である。上限は特に限定しないが、2600MPa以下、2500MPa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は、早期破断特性の指標である値が0.60MPa/Hv以上であり、且つ硬度ばらつき(ΔHv)が50Hv以下であってもよい。早期破断特性の指標である値は、引張強さ(単位:MPa)を、後述の方法により得られる平均硬さ(単位:Hv)に3.3を乗じた値で除した値(引張強さ/(平均硬さ×3.3))である。この値は、好ましくは、0.75MPa/Hv以上、0.80MPa/Hv以上である。平均硬さに3.3を乗じた値は、硬さから推定される推定引張強さであり、引張強さの実測値が推定引張強さの0.60MPa/Hv倍以上であれば、早期破断特性に優れるため、靭性に優れると判断することができる。
ホットスタンプ成形体の任意の位置(端部を避けた位置)から表面に垂直な板厚断面が観察できるように試験片を切り出す。試験片の長さは、測定装置にもよるが、10mm程度で良い。試験片の板厚断面を#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。この板厚断面を測定面とする。マイクロビッカース硬さ試験機を用いて、測定面の板厚t/4位置(表面から板厚t/8深さ〜表面から板厚3t/8深さの領域)において、荷重1kgfで圧痕の3倍以上の間隔でビッカース硬さを測定する。合計で20点測定し、それらの平均値を算出することで、ビッカース硬さの平均値(平均硬さ)を得る。
なお、硬度ばらつき(ΔHv)は、上述の方法で平均硬さを求めた際に得られた、20点におけるビッカース硬さの最大値と最小値との差を算出することで得る。
ホットスタンプ用鋼板の大傾角粒界の割合の算出方法について説明する。
ホットスタンプ用鋼板の任意の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試験片を切り出す。試験片の長さは、測定装置にもよるが、10mm程度で良い。試験片の断面を#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。この板厚断面を観察面とする。
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。まず、本実施形態に係るホットスタンプ成形体に適用されるホットスタンプ用鋼板の製造方法について説明する。
「加熱工程」
熱間圧延に供する鋼片(鋼材)は、常法で製造した鋼片であればよく、例えば、連続鋳造スラブ、薄スラブキャスターなどの一般的な方法で製造した鋼片であればよい。前述の化学組成を有する鋼材を熱間圧延に供し、熱間圧延工程で1100℃以上の温度域に加熱し、この温度域で20分以上の保持を行うことが好ましい。加熱温度が1100℃未満となる場合または保持時間が20分未満となる場合には、Ti等の粗大介在物の再溶解が進まず、破壊起点として残存するため、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する場合がある。より好ましくは、加熱温度は1200℃以上であり、保持時間は25分以上である。また、加熱温度は1400℃以下が好ましく、保持時間は120分以下が好ましい。
次に、仕上げ圧延の完了温度(仕上げ圧延温度)がAr3点以上の温度域となるように熱間圧延を行うことが好ましい。Ar3点未満の温度で仕上げ圧延を終了すると、二相域圧延となることから圧延での板形状が劣化する場合がある。このため、仕上げ圧延温度はAr3点以上とするのが好ましい。より好ましくはAr3点+10℃以上である。また、仕上げ圧延温度は、Ar3点+100℃以下とすることが好ましい。
Ar3点=850+10×(C+N)×Mn+350×Nb+250×Ti+40×B+10×Cr+100×Mo ・・・式(1)
仕上げ圧延後の鋼板を750℃以下の温度域でコイル状に巻き取る。巻取り温度が750℃を超えるとスケールが多量に生成し、次工程の酸洗工程でのスケール除去が困難となる。そのため、巻取り温度は750℃以下とすることが好ましい。より好ましくは600℃以下である。また、巻取り温度は、400℃以上とすることが好ましい。
以上の方法により熱延鋼板を得る。
上記の方法で得られたホットスタンプ用鋼板を用いて、例えば、下記の製造方法により本実施形態に係るホットスタンプ成形体を製造する。上述の通り本実施形態では、ホットスタンプ成形体において所望のミクロ組織を得るため、二回の熱処理を行う。
本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、上記ホットスタンプ用鋼板をホットスタンプ工程に供する前に、一回目熱処理を行う。一回目熱処理では、Ac3点以上、Ac3点+200℃以下加熱温度T1まで加熱し、この温度T1で保持を行う。この一回目熱処理の加熱において、旧オーステナイト粒界にMnを濃化させる。加熱温度T1がAc3点を下回る場合には、旧オーステナイト粒界へのMn濃化が十分に進まず、続く二回目熱処理でMn濃度の低減を十分に行えない。このため、加熱温度T1はAc3点以上とする。好ましくはAc3点+20℃以上である。一方、加熱温度T1がAc3点+200℃超となる場合、旧オーステナイト粒が粗大化し、旧オーステナイト粒の平均粒径を5.0μm以下とすることができない場合がある。このため、加熱温度T1は、Ac3+200℃以下とする。加熱温度T1までの平均加熱速度は、1〜30℃/sとすればよい。
Ac3点は以下の式(2)より得られる。
上記式(2)中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を示す。当該元素を含有しない場合は0を代入する。
上記の加熱温度T1から、後述の冷却停止温度までの平均冷却速度が10℃/s以上、500℃/s以下となるように冷却する。この冷却により、ミクロ組織をマルテンサイト主相とすることで、旧オーステナイト粒内に多量の大傾角粒界が導入される。この大傾角粒界であるブロック界面には、微細なオーステナイトが存在しており、二回目熱処理時のオーステナイトの微細化、および旧オーステナイト粒界のMn濃度の低減に強い影響を及ぼす。すなわち、この大傾角粒界は、二回目熱処理での旧オーステナイト粒界のMnの拡散経路となることから、旧オーステナイト粒界のMn濃度を低下させるのに重要な役割を担う。
一回目熱処理の冷却は、単に、マルテンサイトを形成するだけではなく、マルテンサイトのブロック界面にオーステナイトを残存させる必要がある。上述したように、この残存したオーステナイトは、二回目熱処理でのMnの拡散経路となるからである。このオーステナイトの安定化のためには、マルテンサイトから未変態オーステナイトへのC拡散を促進させる必要がある。このために、250℃以上、400℃以下の温度域で冷却を停止する。冷却停止温度が250℃未満の場合、マルテンサイトから未変態オーステナイトへのC拡散が進まない。従って、冷却停止温度は250℃以上とする。好ましくは260℃以上である。冷却停止温度が400℃超となる場合、炭化物が生成し、ブロック間の残留オーステナイトの安定化が進まない。従って、冷却停止温度は400℃以下とする。
二回目熱処理でのMnの拡散経路となるオーステナイトを残すため、上記冷却停止温度以下の冷却速度を制御し、マルテンサイトから未変態オーステナイトへの炭素拡散を促進させ、オーステナイトを安定化させる必要がある。この作用を発現させるために、冷却停止温度以下の平均冷却速度を10℃/s未満に制御する。好ましくは8℃/s以下である。冷却停止温度以下の冷却速度が10℃/s以上となる場合、マルテンサイトから未変態オーステナイトへの炭素拡散が進まず、オーステナイトの安定度が低くなり、残留オーステナイトを残すことができないため、オーステナイト粒が二回目熱処理時の加熱過程で粗大化するとともに、旧オーステナイト粒界のMn濃度を低減できない場合がある。
一回目熱処理を行ったホットスタンプ用鋼板について、旧オーステナイト粒の微細化、および旧オーステナイト粒界のMn濃度を低減するために、ホットスタンプ時の加熱(二回目熱処理)の平均加熱速度を制御する。二回目熱処理の平均加熱速度を10℃/s以上とすることで、旧オーステナイト粒の粒成長を抑制できる。また、一回目熱処理で導入した大傾角粒界を拡散経路として、旧オーステナイト粒界から大傾角粒界へのMnの拡散を進めることができる。それらの結果、旧オーステナイト粒を微細化すること、および旧オーステナイト粒界のMn濃度を低減することができる。これにより、ホットスタンプ成形体の靭性を向上することができる。このため、平均加熱速度を10℃/s以上とする。好ましくは、30℃/s以上である。一方、平均加熱速度が1000℃/s超となる場合、ホットスタンプ成形体の加熱温度制御が困難となり、部位によって旧オーステナイト粒の平均粒径を5.0μm以下とすることができない場合がある。その結果、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する場合がある。このため、平均加熱速度は1000℃/s以下とする。好ましくは、700℃/s以下である。
一回目熱処理で形成した残留オーステナイトは、Mnが濃化している。Mnがオーステナイト安定化元素であるために、Ac3点が一回目熱処理よりも低下する。この低下したAc3点を、「Ac3 ’点」と呼称し、二回目熱処理時の加熱温度をT2と呼称する。
図2に示す通り、T2−冷却停止温度を600℃未満とすることで、旧オーステナイト粒の粒界の平均Mn濃度が1.0質量%以下となることが分かる。また、図3に示す通り、T2−冷却停止温度を600℃未満とすることで、旧オーステナイト粒の平均粒径が5.0μm以下となることが分かる。
なお、図2および図3の発明例および比較例は、実施例における全発明例および全比較例のうち一部を抽出したものである。
図4に示す通り、加熱温度T2での保持時間を10秒超、60秒以下とすることで、旧オーステナイト粒の粒界の平均Mn濃度が1.0質量%以下となることが分かる。また、図5に示す通り、加熱温度T2での保持時間を10秒超、60秒以下とすることで、旧オーステナイト粒の平均粒径が5.0μm以下となることが分かる。
なお、図4および図5の発明例および比較例は、実施例における全発明例および全比較例のうち一部を抽出したものである。
ホットスタンプ成形後から200℃までの温度域の平均冷却速度を10℃/s以上、500℃/s以下に制御することにより、ホットスタンプ成形体のミクロ組織をマルテンサイト(フレッシュマルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトを含む)主相とする。平均冷却速度が10℃/s未満の場合、焼きが十分に入らず、ミクロ組織中にフェライト等の軟質相が形成され、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する。このため、平均冷却速度を10℃/s以上とする。好ましくは30℃/s以上である。一方、平均冷却速度が500℃/s超となる場合、マルテンサイトの自己焼戻しが十分に進まず、ミクロ組織中の内部応力が高くなり、ホットスタンプ成形体の靭性が劣化する場合がある。このため、平均冷却速度を500℃/s以下とする。好ましくは、300℃/s以下である。
更に、一部のホットスタンプ成形体には、ホットスタンプ成形体の一部にレーザーを照射することで200℃に加熱して、部分軟化領域を形成した。部分軟化領域を形成したホットスタンプ成形体については、表9〜13中の「部分軟化領域」の欄に「有り」と記載した。
なお、表6および表11の試験No.66は、一回目熱処理時の冷却速度が速すぎて割れが発生したため、ホットスタンプ成形体のミクロ組織等について観察を行わなかった。
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出来るだけ平坦な位置から、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。引張強さが2000MPa以上であった場合、優れた強度を有するとして合格と判定した。一方、引張強さが2000MPa未満であった場合、優れた強度を有しないとして不合格と判定した。
ホットスタンプ成形体の任意の位置(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試験片を切り出した。試験片の長さは、10mm程度とした。試験片の板厚断面を#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た。この板厚断面を測定面とした。マイクロビッカース硬さ試験機を用いて、測定面の板厚t/4位置(表面から板厚t/8深さ〜表面から板厚3t/8深さの領域)において、荷重1kgfで、圧痕の3倍以上の間隔でビッカース硬さを測定した。合計で20点測定し、それらの平均値を算出することで、ビッカース硬さの平均値(平均硬さ)を得た。この方法で得た平均硬さは、後述の靭性評価に使用した。
なお、平均硬さが650Hv以上である場合に、十分な硬度を有していると判断できる。
ホットスタンプ成形体の靭性は早期破断特性および硬度ばらつき(ΔHv)により評価した。ホットスタンプ成形体の引張強さ(単位:MPa)を、平均硬さ(単位:Hv)に3.3を乗じた値で除した値を、早期破断特性の指標である値とした。なお、引張強さおよび平均硬さは、上述の方法により得た値である。
平均硬さに3.3を乗じた値は、硬さから推定される引張強さであり、引張強さの実測値が推定引張強さの0.60MPa/Hv倍以上であれば、早期破断特性に優れると判断できる。
2000MPa以上の引張強さを有するホットスタンプ成形体においては、外部から変形(応力)が生じる場合に、ホットスタンプ成形体内の硬度ばらつき(ΔHv)が大きいと、応力集中が生じることで、靭性が劣化する場合がある。硬度ばらつき(ΔHv)が50Hv超となる場合に靭性が劣化する。
なお、硬度ばらつき(ΔHv)は、上述の方法で平均硬さを求めた際に得られた、20点におけるビッカース硬さの最大値と最小値との差とした。
Claims (4)
- 質量%で、
C :0.40%以上、0.70%以下、
Si:0.010%以上、1.30%以下、
Mn:0.40%以上、3.00%以下、
sol.Al:0.0010%以上、0.500%以下、
Ti:0.010%以上、0.100%以下、
Cr:0.010%以上、0.80%以下、
B :0.0005%以上、0.0100%以下、
P :0.100%以下、
S :0.0100%以下、
N :0.0100%以下、
Nb:0%以上、0.100%以下、
Mo:0%以上、1.00%以下、
V :0%以上、0.100%以下、
Ni:0%以上、0.50%以下、
REM:0%以上、0.0100%以下、
Mg:0%以上、0.0100%以下、
Ca:0%以上、0.0100%以下、
Co:0%以上、4.00%以下、並びに
残部がFe及び不純物である化学組成を有し、
ミクロ組織中の旧オーステナイト粒の平均粒径が5.0μm以下であり、
前記旧オーステナイト粒の粒界の平均Mn濃度が1.0質量%以下である、
ホットスタンプ成形体。 - 前記化学組成が、質量%で、
Nb:0.010%以上、0.100%以下、
Mo:0.01%以上、1.00%以下、
V :0.001%以上、0.100%以下、
Ni:0.001%以上、0.50%以下、
REM:0.0010%以上、0.0100%以下、
Mg:0.0010%以上、0.0100%以下、
Ca:0.0010%以上、0.0100%以下、および
Co:0.10%以上、4.00%以下
から選択される1種または2種以上の元素を含有する、
請求項1に記載のホットスタンプ成形体。 - 表面にめっき層を備える、請求項1または2に記載のホットスタンプ成形体。
- ホットスタンプ成形体の一部に軟化領域を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のホットスタンプ成形体。
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