TWI530566B - 超高強度部件的製造方法及使用方法 - Google Patents

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長谷川浩平
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Description

超高強度部件的製造方法及使用方法
本發明是關於一種適於汽車骨架部件、增強部件等的耐延遲破壞(delayed fracture)特性優異的超高強度部件的製造方法及使用方法。
近年來，自保護地球環境的觀點考慮，要求改善汽車的燃料消耗。又，自車輛碰撞時保護乘客的觀點考慮，亦要求提高汽車車體的安全性。因此，為了滿足燃料消耗改善與安全性提高的兩者而積極推進謀求汽車車體的輕量化與強化的雙方的研究。
為同時滿足汽車車體的輕量化與強化，較有效的是使零件材料高強度化且厚度變薄，最近，作為汽車骨架部件、增強部件等，開始使用採用拉伸強度TS(tensile strength)為1180 MPa以上的高張力薄鋼板的超高強度部件。
然而，如非專利文獻1中所記載般，TS為1180 MPa以上的高強度鋼板，與較其強度低的鋼板相比，於使用中因隨著腐蝕所侵入的氫而使得產生延遲破壞的可能性變高。因此，TS為1180 MPa以上的高強度鋼板的應用受到限制。
又，汽車骨架部件等部件通常是於壓製成形(press forming)或輥壓成形(roll forming)之類的成形加工後使用，但如非專利文獻2中所記載般，延遲破壞特性會因加工而劣化的情況為人所周知，因此追求加工後的延遲破壞特性優異的超高強度部件。
另一方面，若TS為1180 MPa以上，則加工性本身亦降低。
再者，汽車骨架部件等部件通常是於成形加工後進行化學轉化處理(chemical conversion treatment)及電鍍塗裝而使用。此時，存在因化學轉化處理、電鍍塗裝中所侵入的氫而產生延遲破壞之顧慮。與實際使用中的腐蝕環境相比，化學轉化處理、電鍍塗裝雖為難以產生延遲破壞的條件，但於特別是強度高達1320 MPa以上的情況下，在作為更適度的條件的化學轉化處理、電鍍塗裝中有可能產生延遲破壞，因而必須於成形加工後的化學轉化處理、電鍍塗裝中不產生延遲破壞。
作為解決上述問題的方法之一，已知有例如非專利文獻3或專利文獻1中所揭示的技術(以下，將該技術稱為熱壓(hot press)法)，即進行使鋼板的強度降低的熱加工，並與加工同時地以模具進行冷卻，藉此獲得較高的零件強度。眾所周知的是，該熱壓法與室溫下的加工相比，因(1)不會殘留由加工所引起的應變(strain)、(2)加工的殘留應力小等方面而使得加工零件的耐延遲破壞特性優異(非專利文獻3)。
然而，於使用熱壓法製造汽車零件的情況下，加工後必須藉由用以調整零件形狀的衝壓剪切對外周進行修整(trim)加工，及為了組裝而進行必要的衝壓打孔加工(以下，將該些步驟統稱為衝壓加工)，該熱壓後的衝壓加工會對鋼板帶來較大的應變及殘留應力，從而顯著提高使用中的延遲破壞的危險性。
為解決上述問題，主要研究如下兩種方法。
(a)降低於熱壓加熱中侵入鋼板的氫的方法
(b)降低因熱壓後的衝壓加工而產生的殘留應力的方法
至於上述(a)，例如專利文獻2～5中揭示有控制加熱爐中的環境氣體以降低加熱中侵入鋼中的氫量的技術。又，專利文獻6中揭示有如下技術，即於熱壓後以150～700℃進行熱處理，由此使熱壓中侵入鋼板中的氫釋出，從而改善耐延遲破壞感受性。
至於上述(b)，上述專利文獻2中揭示有如下技術，即降低進行衝壓加工的部位的熱壓後的冷卻速度來使淬火不充分而降低強度，藉此降低因衝壓加工而產生的殘留應力。
又，上述專利文獻3中揭示有如下技術，即藉由雷射(laser)或電漿(plasma)使存在有因衝壓加工所產生的殘留應力的部位熔融並將之切割去除，從而改善耐延遲破壞特性。
上述專利文獻4中揭示有如下技術，即藉由機械加工等去除存在有因衝壓加工所產生的殘留應力的部位，從而改善耐延遲破壞特性。
上述專利文獻5中揭示有如下技術，即藉由精密控制熱壓後的衝壓加工的間隙(clearance)而縮小壓陷長度相對於板厚的比例，藉此改善耐延遲破壞特性。
又，專利文獻7中揭示有如下技術，即藉由在衝壓加工後實施以300℃以上且400℃以下保持10分鐘以下的熱處理，而降低存在於加工端面中的拉伸殘留應力，從而改善耐延遲破壞感受性。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：英國專利公報1490535號
專利文獻2：日本專利特開2006-104527號公報
專利文獻3：日本專利特開2006-110713號公報
專利文獻4：日本專利特開2006-111966號公報
專利文獻5：日本專利特開2008-284610號公報
專利文獻6：日本專利第4288201號公報
專利文獻7：日本專利特開2009-197253號公報
非專利文獻
非專利文獻1：「延遲破壞」(日刊工業新聞社、1989年8月31日發行)
非專利文獻2：汽車技術學會論文集Vol.39,No.5,P.133
非專利文獻3：壓製技術42卷、8號、P.38
然而，即便如專利文獻2～5所述控制熱壓前的加熱爐的環境氣體等而降低加熱中所侵入的氫量，或即便如專利文獻6所述於熱壓後進行脫氫處理，亦無法降低因使用中的腐蝕或伴隨化學轉化處理、電鍍塗裝而侵入至鋼板中的氫所引起的延遲破壞的危險性。此外專利文獻6中，完全未提及因熱壓後的衝壓加工而導入的應變或殘留應力所引起的耐延遲破壞特性的劣化。
另一方面，關於降低因熱壓後的衝壓加工而產生的殘留應力的方法，於專利文獻2的方法中，由於僅降低進行衝壓加工的部位的冷卻速度，因此模具構造變得複雜，產生過多的設備成本，此外亦難以管理衝壓部的冷卻速度，且難以穩定地獲得殘留應力降低的效果。又，專利文獻3或專利文獻4的方法中，由於在衝壓後進行雷射加工或機械加工，因此導致生產率變低且成本提高。如專利文獻5般精密控制衝壓間隙的方法中，難以管理間隙，現實中無法應用於汽車零件之類的零件的大量生產。專利文獻7的方法中，為了於衝壓後降低殘留應力而必須加熱至300℃以上的比較高的溫度，因此藉由熱壓步驟所生成的高強度的麻田散體(martensite)因回火而強度降低。因此，為了獲得目標強度而需要量更多的合金元素，從而在經濟上較為不利。
因上述情況，當前熱壓後的外周修整及打孔加工等處理中，雷射加工成為主流，導致零件成本增加。
因此，本發明的目的在於提供一種能夠藉由熱壓法以低成本製造耐延遲破壞特性優異的拉伸強度TS為1180 MPa以上的超高強度部件的超高強度部件的製造方法及其使用方法。
為了達成上述目的，本發明提供一種超高強度部件的製造方法，以處於700～1000℃溫度範圍內的第1加熱溫度對鋼板進行加熱，並於以該第1加熱溫度成形為零件形狀的同時開始冷卻，該冷卻結束後實施剪切衝壓加工(shear punching processing)以使鋼板成為目標零件形狀，其特徵在於：於上述剪切衝壓加工後實施第1熱處理，其中該第1熱處理為以100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於該第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘，所獲得的超高強度部件的拉伸強度為1180 MPa以上。
上述超高強度部件的製造方法中，於衝壓加工後進行塗裝而使用的情況下，特別是拉伸強度為1320 MPa以上的超高強度部件於化學轉化處理、電鍍塗裝中產生延遲破壞的可能性較高，因此於製造拉伸強度為1320 MPa以上的超高強度部件的情況下，較佳為於塗裝前實施第1熱處理。
又，上述第1熱處理中較佳為，上述第2加熱溫度為200℃以上，且於上述第2加熱溫度的保持時間為10分鐘以下。更佳為於實施上述第1熱處理後更實施第2熱處理，其中第2熱處理為以處於150℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第3加熱溫度進行加熱，且於該第3加熱溫度的保持時間為1秒～10分鐘。
又，本發明提供一種超高強度部件的使用方法，該超高強度部件是以處於700～1000℃溫度範圍內的第1加熱溫度對鋼板進行加熱，並於以該第1加熱溫度成形為零件形狀的同時開始冷卻，該冷卻結束後實施剪切衝壓加工以使鋼板成為目標零件形狀而獲得者，其特徵在於：於使用上述高強度部件之前實施第1熱處理，其中第1熱處理為以處於100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於該第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘，所獲得的超高強度部件的拉伸強度為1180 MPa以上。
根據本發明的超高強度部件的製造方法，其是以處於700～1000℃溫度範圍內的第1加熱溫度對鋼板進行加熱，並於以該第1加熱溫度成形為零件形狀的同時開始冷卻，該冷卻結束後實施剪切衝壓加工以使鋼板成為目標零件形狀的超高強度部件的製造方法，於上述剪切衝壓加工之後實施第1熱處理，其中第1熱處理為以處於100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於該第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘，藉此可抑制氫的侵入，並且能夠以低成本製造耐延遲破壞特性優異的拉伸強度為1180 MPa以上的超高強度部件。
又，上述超高強度部件的製造方法中，於衝壓加工後進行塗裝而使用的情況下，特別是拉伸強度為1320 MPa以上的超高強度部件於化學轉化處理、電鍍塗裝中有可能產生延遲破壞，但可藉由於塗裝前實施第1熱處理，而以低成本製造耐延遲破壞特性優異的拉伸強度為1320 MPa以上的超高強度部件。
如此，藉由本發明而獲得的超高強度部件兼具高強度與耐延遲破壞特性，因此可較佳地用作汽車骨架部件、增強部件等構造材料。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下，參照隨附圖式對本發明的實施方式進行說明。
＜第1實施方式＞
首先，對本發明的第1實施方式進行說明。
[製造方法]
圖1是表示本發明的第1實施方式中的超高強度部件的製造方法的概念圖。圖1中，符號1表示作為材料的鋼板，符號2表示將鋼板1捲取而得的鋼卷(coil)。下文對該鋼板加以敘述。
本實施方式的超高強度部件的製造方法中，如圖1所示，依序實施熱壓成形步驟A、衝壓步驟B及第1熱處理步驟C而獲得目標的超高強度部件TW。
於上述熱壓成形步驟A中，自鋼板1的鋼卷2切下所需長度的鋼板1(未圖示送出機及剪切機(shear))，對由該切下的鋼板1形成的工件(work)WK進行熱壓成形而使之成形為使用目標的零件形狀。
將熱壓成形時的第1加熱溫度設為700～1000℃溫度範圍內。第1加熱溫度未達700℃時，加熱中幾乎不會生成沃斯田體(austenite)，因此當於進行熱加工的同時以模具開始實施冷卻而實施冷卻步驟時，由於幾乎未生成為獲得強度提昇所必需的麻田散體，加熱中的碳化物粗大化及鐵氧體(ferrite)粒徑粗大化，因而鋼板強度較熱壓成形前降低。另一方面，若第1加熱溫度高於1000℃，則沃斯田體粒粗大化而韌性劣化變得顯著，或氧化皮損耗(scale loss)的增大變得顯著。為此，將第1加熱溫度設為700～1000℃的溫度範圍內。自抑制沃斯田體粒徑的粗大化及氧化皮損耗的觀點考慮，第1加熱溫度更佳為900℃以下的溫度範圍內。若第1加熱溫度為700～900℃的溫度範圍內，則隨著溫度升高而以模具冷卻後便可獲得高強度，因此只要根據所期望的強度、材質來決定加熱溫度即可。
又，為了防止加熱所需要的成本增加，於第1加熱溫度的保持時間較佳為5分鐘以下，自使淬火處理前的組織均質化而使產品特性穩定化的觀點考慮，於第1加熱溫度的保持時間較佳為1分鐘以上。
於第1加熱溫度加熱、保持的鋼板在熱壓成形的同時以模具進行冷卻。自穩定地獲得所期望的強度的觀點考慮，此時的平均冷卻速度較佳為25℃/秒以上，更佳為30℃/秒以上。同樣自強度穩定化的觀點考慮，冷卻結束溫度較佳為150℃以下，更佳為100℃以下。
衝壓步驟B中，於熱壓成形之後，藉由剪切衝壓而實施例如外周修整及打孔加工。該剪切衝壓只要藉由常用方法進行即可，並無特別限制。
再者，亦可對經熱壓步驟A及衝壓步驟B而成為目標零件形狀的工件WK於化學轉化處理後藉由進行電鍍塗裝而進行塗裝處理。該化學轉化處理、電鍍塗裝只要藉由常用方法進行即可，並無特別限制。
第1熱處理步驟C中，對已實施剪切衝壓加工或進而已實施化學轉化處理、電鍍塗裝的工件WK實施第1熱處理，此第1熱處理即以處於100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘。
第1熱處理步驟C中，對已實施剪切衝壓加工的工件WK實施第1熱處理，即以處於100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘。
藉由以上的一系列步驟而製造成形為目標形狀的超高強度部件TW以供使用。
[第1熱處理步驟]
於上述步驟A～C中，對於本實施方式而言，第1熱處理步驟C為特徵性的步驟，以下對其進行詳細說明。
(直至第1熱處理步驟的過程及作用)
首先，對直至第1熱處理步驟C的過程及作用進行說明。
製造以質量%計含有C：0.10～0.40%、Si：0.01～3.0%、Mn：0.5～3.0%的各種鋼板，調查(i)藉由熱壓法而成形為特定零件形狀的部件、(ii)其後實施外周的衝壓修整及衝壓打孔加工的部件、及(iii)衝壓加工後以100℃以上且未達300℃的第2加熱溫度實施第1熱處理的部件的延遲破壞特性。
比較(i)與(ii)的結果為如先前報告所述，如(ii)般由於進行衝壓加工而導致部件端面部的延遲破壞特性劣化。本發明者等人認為有如下原因：除因衝壓加工而產生的殘留應力、因衝壓加工而產生的加工應變或微孔隙(microvoid)等損害(damage)之外，如上述非專利文獻2所記載般，因衝壓加工所導入的較大應變而使衝壓端面部的侵入氫量增加。將驗證該情況的實驗結果的一例示於圖2。圖2是表示藉由將彎曲加工成「U型」的鋼板於pH值=1的鹽酸中浸漬48小時而向鋼中導入有氫的試驗片的加工部與未加工部的溫度與氫釋出速度的關係。自圖2所示的結果可知，與未加工部相比，自加工部釋出的氫較多。可認為其原因在於：因加工而導入的錯位(dislocation)等缺陷成為氫的陷阱(trap site)。
相對於此，(iii)中的於衝壓加工後以100℃以上且未達300℃的第2加熱溫度實施第1熱處理的部件，與(ii)相比顯著改善延遲破壞特性。本發明者等人認為其原因在於：固溶C或固溶N藉由熱處理而固定於成為氫的陷阱而引起侵入氫量增加的錯位等缺陷中，從而使氫的侵入量減少。將表示該情況的實驗結果的一例示於圖3。圖3是表示加工後未進行熱處理的保持加工原樣的部件與加工後以200℃進行10分鐘熱處理的部件，於pH值=1的鹽酸中浸漬48小時而充入氫後的溫度與氫釋出速度的關係。自圖3所示的結果可知，藉由200℃的熱處理而使因加工所增加的侵入氫量大幅度降低。
自該結果發現：藉由對衝壓步驟B中實施了加工的工件WK實施第1熱處理步驟C而難以產生延遲破壞。
(第1熱處理步驟中的條件)
接下來，對第1熱處理步驟C的條件進行說明。
‧第1熱處理中的第2加熱溫度：
將第1熱處理步驟C中的第2加熱溫度設為100℃以上且未達300℃。若第2加熱溫度小於100℃，則抑制氫侵入所需要的時間超過60分鐘而為較長的時間，部件生產率劣化。因此，將第2加熱溫度設為100℃以上，較佳為設為150℃以上，更佳為設為200℃以上。其原因在於：隨著第2加熱溫度升高，能夠以更短的時間抑制氫侵入。特別是當第2加熱溫度為200℃以上時，可將於第2加熱溫度的保持時間設為10分鐘左右以下，以短時間的熱處理便可獲得充分的效果。另一方面，藉由熱壓法所製造的高強度部件是以麻田散體為主體的組織，因此若第2加熱溫度成為300℃以上，則麻田散體的回火軟化變得顯著。因此，將第2加熱溫度設為小於300℃，更佳為250℃以下。
‧於第2加熱溫度的保持時間：
將第1熱處理步驟C中的於第2加熱溫度的保持時間 設為1秒~60分鐘。若上述保持時間小於1秒，則存在無法充分地獲得抑制氫侵入的效果，因此自充分獲得抑制氫侵入的效果的觀點考慮，較佳為30秒以上。第2加熱溫度越高，於第2加熱溫度的保持時間可變得越短。另一方面，若於第2加熱溫度的保持時間超過60分鐘，則會妨礙生產率。因此，將於第2加熱溫度的保持時間設為60分鐘以下，更佳為30分鐘以下。
<第2實施方式>
下面，對本發明的第2實施方式進行說明。
[製造方法]
圖4是表示本發明的第2實施方式中的超高強度部件的製造方法的概念圖。再者，圖4中，對與第1實施方式中的圖1相同的部件及相同的步驟等附上相同符號。
如圖4所示，第2實施方式中的超高強度部件的製造方法是於進行第1實施方式的熱壓成形步驟A、衝壓步驟B及第1熱處理步驟C之後，進而實施化學轉化處理、電鍍塗裝步驟D。因此，至於熱壓成形步驟A、衝壓步驟B及第1熱處理步驟C，由於與第1實施方式中所記載的情況相同，因此，此處省略對該些步驟A~C的說明。
化學轉化處理、電鍍塗裝步驟D是對經熱壓步驟A、衝壓步驟B及熱處理步驟C而成為目標形狀的工件WK，於化學轉化處理後藉由進行電鍍塗裝而進行塗裝處理。該步驟只要藉由常用方法進行即可，並無特別限制。
藉由以上的一系列步驟A~D而製造成形為目標形狀且經塗裝的超高強度部件TW以供使用。
[鋼板]
至於本實施方式中成為前提的作為材料的鋼板1，只要作為最終產品而獲得的鋼板(超高強度部件)的拉伸強度為1180 MPa以上，更佳為1320 MPa以上即可。以下對鋼板1的組成例或製造方法例有記載，但作為材料的鋼的組成及製造方法並不限定於以下所述者。
(鋼板的組成例)
為了確保作為最終產品而獲得的鋼板(超高強度部件)的拉伸強度TS為1180 MPa以上，C含量較佳為0.1質量%以上，又，為了確保作為最終產品而獲得的鋼板(超高強度部件)的拉伸強度TS為1320 MPa以上，C含量較佳為0.14質量%以上。又，若C含量超過0.5質量%，則韌性降低。因此，較佳為將C含量的上限值設為0.5質量%以下。
根據鋼板的用途而於鋼板中有可能含有的其他成分的含量的適當範圍為如下所述。
Si：3.0質量%以下、Mn：0.5～3.0質量%、P：0.1質量%以下、S：0.01質量%以下、Al：0.01～0.1質量%、N：0.02質量%以下、Ti：0.1質量%以下、Nb：0.1%以下、V：0.5質量%以下、Mo：0.5質量%以下、Cr：1質量%以下、B：0.005質量%以下、Cu：0.5質量%以下、Ni：0.5質量%以下。剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。作為不可避免的雜質，例如可列舉Sb、Sn、Zn、Co等。作為該些不可避免的雜質的含量的容許範圍而為如下範圍，即Sb：0.01質量%以下，Sn：0.1質量%以下，Zn：0.01質量%以下，Co：0.1質量%以下。又，即便於通常的鋼組成的範圍內(相當於雜質)亦含有Mg、Ca、Zr、REM，亦不會喪失本發明的熱處理的耐延遲破壞特性改善效果。
(鋼板的製造方法例)
其次，對作為材料的鋼板1的製造方法例進行說明。再者，鋼板1的製造方法並不限定於此。
鋼板1可藉由例如以下方式而較佳地製造，即藉由連續鑄造或鑄錠(ingot making)而將調整為上述成分組成範圍的熔鋼製成鋼坯(slab)，並對該鋼坯依序實施熱軋步驟、冷軋步驟、連續退火步驟。自防止成分的巨觀偏析(macro segregation)的觀點考慮，所使用的鋼坯較佳為藉由連續鑄造法而製造，但亦可藉由鑄錠法、薄鋼坯鑄造法製造。
繼而，對熱軋步驟進行說明。
熱軋步驟中，可藉由於鋼坯鑄造後暫時冷卻至室溫，其後再次加熱的先前方法進行，亦可無問題地應用不進行冷卻而直接將熱片裝入至加熱爐中、或者於進行保熱後立即軋製、或者於鑄造後直接進行軋製的直送軋製‧直接軋製等節能製程(process)。
於暫時冷卻至室溫後再進行加熱的情況下，鋼坯加熱溫度較佳為1000℃以上。雖不特別地存在上限值，但若超過1300℃，則隨著氧化重量的增加而引起氧化皮損耗增大等，因此較佳為1300℃以下。又，於不進行冷卻而直接將熱片裝入至加熱爐中並再次進行加熱等的情況下，鋼坯加熱溫度較佳為1000℃以上。
繼而，於視需要進行粗軋之後，較佳為於精軋溫度800℃以上進行精軋。若精軋溫度未達800℃，則存在鋼板的組織變得不均勻而使加工性劣化之虞。雖不特別地存在上限值，但若於過高的溫度進行軋製，則會導致出現氧化皮瑕疵等，因此精軋溫度較佳為1000℃以下。
對熱軋後的鋼板進行捲取，此時的溫度較佳為700℃以下。若超過700℃，則於捲取後會生成大量氧化皮，冷軋前的酸洗的負擔加大。
接下來，對冷軋步驟進行說明。
冷軋步驟中，對熱軋板實施冷軋而製成冷軋板。冷軋條件並不特別限定，只要為可製成所期望的尺寸形狀的冷軋板即可，但自表面的平坦度或組織的均勻性的觀點考慮，軋下率較佳為20%以上。再者，只要於冷軋前依照常用方法實施酸洗即可，但於熱軋板表面的氧化皮極薄的情況下，亦可直接實施冷軋。
繼而，較佳為對所獲得的冷軋板實施退火而製成冷軋退火板。退火較佳為使用連續退火線的連續退火。退火較佳為於700℃以上且900℃以下的溫度帶加熱保持。當加熱保持溫度未達700℃時，存在無法充分產生再結晶而使加工性降低的情況。另一方面，若超過900℃，則組織粗大化而導致強度加工性平衡降低。又，自生產率的觀點考慮，加熱保持時間較佳為600秒以下。又，自鋼板的均勻性的觀點考慮，加熱保持時間較佳為60 s以上。加熱保持時間更佳為120 s以上。退火後的平均冷卻速度並無特別規定，但自熱壓前為軟質者於切坯(blanking)等時較為有利的方面考慮，該平均冷卻速度越慢越好。然而，若過慢則會妨礙生產率，故而該平均冷卻速度較佳為1℃/s以上。更佳為冷卻後直接或冷卻至室溫後再以100～450℃加以保持。又，該保持時間較佳為3～30分鐘。
再者，作為材料的鋼板並不限定於冷軋鋼板，可應用熔融鍍鋅鋼板或電鍍鋅鋼板、熱軋鋼板等作為最終產品而獲得的鋼板(超高強度部件)的TS為1180 MPa以上或1320 MPa以上的所有鋼板。又，亦可於冷軋後以未退火的狀態使用。進而，即便為改善耐腐蝕性等而對鋼板表面實施附著Ni等的表面改質處理，亦可無問題地獲得本發明的效果。又，鋼板製造後為了進行形狀矯正、調整表面粗糙度等，亦可實施伸展率為5%以下的調質軋製。
[變形例及其他應用]
(1)上述第1實施方式中表示如下例子，即自鋼板1成形為目標零件形狀，並於剪切衝壓加工之後視需要實施塗裝，然後實施第1熱處理，即以處於100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘，但並不限定於此，亦可對進行該第1熱處理或不進行第1熱處理而製造的超高強度部件TW，於使用該超高強度部件TW之前實施上述的第1熱處理，即以處於100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘。於此情況下，亦可改質為耐延遲破壞特性優異的超高強度部件TW而使用。
例如，若超高強度部件TW的使用目的是汽車用構造部件，則在作為汽車的框架(frame)等組裝於車體上之前，預先對超高強度部件TW於上述熱處理條件下實施第1熱處理。再者，實施第1熱處理的時機(timing)不必在即將使用超高強度部件TW之前進行，只要於自超高強度部件TW製造完成至實際使用為止的期間進行即可。
(2)上述第1及第2實施方式中所獲得的超高強度部件TW並不限定於汽車用途，可較佳地用於所有構造材料，亦適於家電及建築等需要高強度及耐延遲破壞特性的其他領域。
(3)上述第1實施方式中表示對塗裝後的工件WK整體實施第1熱處理的例子，上述第2實施方式中表示對塗裝前的工件WK整體實施第1熱處理的例子，但如圖2所示，只要至少對已實施衝壓加工的部分實施第1熱處理就可獲得效果，於衝壓加工並不複雜等情況下，亦可僅對已實施衝壓加工的部分實施第1熱處理。
＜第3實施方式＞
下面，對本發明的第3實施方式進行說明。
[製造方法]
圖5是表示本發明的第3實施方式中的超高強度部件的製造方法的概念圖。再者，圖5中，對與第1實施方式的圖1相同的部件及相同的步驟等附上相同符號。
如圖5所示，第3實施方式中的超高強度部件的製造方法的步驟A～C與上述第1實施方式的製造方法相同，但與第1實施方式的製造方法不同之處是於第1熱處理步驟C後藉由進行第2熱處理步驟D而再次進行加熱。
第2熱處理步驟D是對在第1熱處理步驟C中暫時實施了熱處理的工件WK實施第2熱處理，此第2熱處理即以處於150℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第3加熱溫度進行加熱，且於第3加熱溫度的保持時間為1秒～10分鐘。
對於其他製造步驟及作為材料的鋼板1等，由於與上述第1實施方式相同，故而省略說明。
[第2熱處理步驟]
以下，詳細說明對第3實施方式而言為特徵性的步驟的第2熱處理步驟D。
(第2熱處理步驟的作用)
第3實施方式中，進行第1熱處理步驟C，冷卻後作為第2熱處理而以處於150℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第3加熱溫度再次進行加熱，藉此獲得兼具高強度與耐延遲破壞特性的超高強度部件TW，藉由追加該第2熱處理步驟D，與僅進行第1熱處理步驟C的情況相比，可於更短的時間內獲得所期望的耐延遲破壞特性。其原因未必明確，但本發明者等人認為有如下原因：第1次熱處理(第1熱處理)中固定於因加工而導入的錯位上的固溶C或固溶N，藉由第2次短時間的熱處理(第2熱處理)的再次加熱而更牢固地固定錯位，從而抑制氫的侵入。
再者，其他作用與上述第1實施方式相同。
(第2熱處理步驟中的條件)
接下來，對第2熱處理步驟D的條件進行說明。
‧第2熱處理中的第3加熱溫度：
第2熱處理步驟D中的第3加熱溫度設為150℃以上且未達300℃的溫度範圍內。為了獲得如下效果，即，使第1次熱處理(第1熱處理)中固定於因加工而導入的錯位上的固溶C或固溶N藉由第2次短時間熱處理(第2熱處理)的再次加熱而更牢固地固定錯位，從而抑制氫的侵入，雖亦取決於第1熱處理的條件，但第2熱處理中的第3加熱溫度較佳為150℃以上。當第3加熱溫度未達150℃時，需要超過10分鐘的較長的熱處理時間(保持時間)而妨礙生產率。第3加熱溫度較佳為200℃以上。另一方面，若第3加熱溫度成為300℃以上，則存在因鋼板1的種類而強度降低的情況，因此第3加熱溫度設為未達300℃，較佳為250℃以下。
第2熱處理步驟D中的於第3加熱溫度的保持時間設為1秒～10分鐘。若於第3加熱溫度的保持時間未達1秒，則存在無法獲得充分的抑制氫侵入的效果的情況。自充分獲得抑制氫侵入的效果的觀點考慮，於第3加熱溫度的保持時間較佳為30秒以上。另一方面，當考慮進行第1熱處理步驟及第2熱處理步驟的兩次熱處理步驟時，若第2熱處理中的於第3加熱溫度的保持時間超過10分鐘，則妨礙生產率，因此將於第3加熱溫度的保持時間設為10分鐘以下，較佳為5分鐘以下。
實例
(實例1)
藉由連續鑄造而製造表1所示的成分組成的鋼坯，於1250℃再次加熱後，以精軋溫度為約850℃、捲取溫度為約600℃進行熱軋直至板厚為3.0 mm為止。酸洗後實施冷軋而製成板厚1.6 mm的冷軋板，繼而以800℃加熱均熱300秒，以平均冷卻速度5℃/秒冷卻至400℃，於400℃實施10分鐘過時效(overaging)處理。其後實施伸展率為0.2%的調質軋製。
將所獲得的鋼板切割成設長軸為與軋製方向正交的方向的50 mmW×200 mmL的尺寸，於900℃加熱3分鐘後取出，其後立即模擬熱壓成形步驟的冷卻而使鋼製模具自上下密接，藉此對鋼板進行冷卻。此時的冷卻速度為約50℃/秒，冷卻結束溫度為100℃以下。
對所獲得的鋼板進行表2所示的熱處理之後，調查拉伸強度TS、延遲破壞特性。各試驗方法的詳細內容為如下所述。
‧拉伸強度TS
自實施了模擬熱壓步驟的熱處理的鋼板提取JIS5號拉伸試驗片，依照JIS Z 2241的規定進行拉伸試驗。將藉由拉伸試驗而獲得的拉伸強度TS[MPa]示於表2中。又，模擬衝壓加工後的熱處理而實施表2所示的熱處理，其後進行拉伸試驗，測定拉伸強度(TS'[MPa])。將因熱處理而產生的強度變化ΔTS=TS-TS'為50 MPa以下的情況設為良好並於表2中以「○」表示，將超過50 MPa的情況設為不良並於表2中以「×」表示。
‧延遲破壞特性
就剪切衝壓加工後的延遲破壞特性而言，於實施了模擬熱壓步驟的熱處理的鋼板的中央，以間隙12.5%實施直徑10 mm的衝壓打孔加工，於此狀態下或以50～300℃實施熱處理後，於25℃浸漬於0.01%的硫氰酸銨溶液中而充入氫，調查破壞時間。此處，藉由浸漬於硫氰酸銨溶液中而充入氫的原因在於：如CAMP-ISIJ,Vol.21,p.1454中所記載，於鹽酸浸漬時，浸漬中的鋼板溶解顯著，試驗中端面溶解，難以區分氫致裂紋(hydrogen crack)與鋼板溶解所致的龜裂，相對於此，於硫氰酸銨溶液中鋼板溶解量極小，可充入與0.1當量鹽酸同等的氫，從而可更準確地調查剪切端面部的氫致裂紋。評價結果是將於0.01%的硫氰酸銨溶液中浸漬48小時而無破壞的情況設為延遲破壞特性良好(無延遲破壞)並於表2中以「○」表示，將產生破壞的情況設為延遲破壞特性不良(有延遲破壞)並於表2中以「×」表示。
又，推測衝壓端面部因衝壓所導入的應變而局部性地氫量變多，但難以定量評價局部的氫量，因此，此處模擬因衝壓而導入的應變，另行直接準備在鋼板中導入20%軋製應變的試驗片或準備對該試驗片實施與上述相同的熱處理而成者，與上述衝壓材料同時浸漬於0.01%的硫氰酸銨溶液中，藉由升溫分析法(升溫速度200℃/h)分析浸漬48小時後的鋼中擴散性氫量而掌握侵入氫量。其結果亦示於表2。再者，擴散性氫設為於200℃以下所釋出的氫量。
[表1]
[表2]
自表2確認出，於加工後實施熱處理的本發明例即No.1-3～1-8、1-10～1-13、1-15～1-17、1-19～1-21中，藉由浸漬於硫氰酸銨溶液中而侵入的氫量較低，且均未產生延遲破壞，延遲破壞特性優異。
另一方面，衝壓後未實施熱處理，或熱處理溫度較低的比較例即No.1-1、1-2、1-14、1-18均於48小時的硫氰酸銨溶液浸漬試驗中產生破壞。又，於熱處理溫度超過本發明的上限值的比較例即No.1-9中，雖未產生延遲破壞而延遲破壞特性優異，但熱處理後的強度超過50 MPa而降低。
於本發明例中，確認出熱處理後再次實施熱處理的No.1-10、1-11、1-12、1-13、1-16、1-17、1-20、1-21，藉由兩次熱處理的效果而使侵入的氫量變得極低，延遲破壞特性更優異。
(實例2)
藉由連續鑄造而製造表3所示的成分組成的鋼坯，於1250℃再次加熱後，以精軋溫度為約850℃、捲取溫度為約600℃進行熱軋直至板厚為3.0 mm為止。酸洗後實施冷軋而製成板厚1.6 mm的冷軋板，繼而於800℃加熱均熱300秒，以平均冷卻速度5℃/秒冷卻至400℃，並於400℃實施10分鐘過時效處理。其後實施伸展率為0.2%的調質軋製。
將所獲得的鋼板切割成設長軸為與軋製方向正交的方向的50 mmW×200 mmL的尺寸，於900℃加熱3分鐘後取出，其後立即模擬熱壓步驟的冷卻而使鋼製模具自上下密接，藉此對鋼冷進行卻板。此時的平均冷卻速度為約50℃/秒，冷卻結束溫度為100℃以下。
對所獲得的鋼板進行表4所示的熱處理後，調查拉伸強度TS、延遲破壞特性。各試驗方法的詳細內容為如下所述。
‧拉伸強度TS
自實施了模擬熱壓步驟的熱處理的鋼板提取JlS5號拉伸試驗片，依照JIS Z 2241的規定進行拉伸試驗。將藉由拉伸試驗而獲得的拉伸強度TS(MPa)示於表4。又，於模擬衝壓加工後的熱處理而進行表4所示的熱處理之後進行拉伸試驗，測定拉伸強度TS'(MPa)。將因熱處理而產生的強度變化ΔTS=TS-TS'為50 MPa以下的情況設為良好並於表4中以「○」表示，將超過50 MPa的情況設為不良並於表4中以「×」表示。
‧延遲破壞特牲
就剪切衝壓加工後的延遲破壞特性而言，於實施了模擬熱壓步驟的熱處理的鋼板的中央，以間隙12.5%實施直徑10 mm的衝壓打孔加工，於此狀態下或於50～300℃實施熱處理，進而於以下所示的條件下實施化學轉化處理、電鍍塗裝，將化學轉化處理、電鍍塗裝中未產生破壞的情況設為延遲破壞特性良好(無延遲破壞)並於表4中以「○」表示，將產生破壞的情況設為延遲破壞特性不良(有延遲破壞)並於表4中以「×」表示。
又，推測衝壓端面部因衝壓所導入的應變而引起局部性地氫量變多，但難以定量評價局部的氫量，因此，此處模擬因衝壓而導入的應變，另行準備對鋼板導入20%的軋製應變的試驗片，於與上述衝壓材料相同的條件下實施熱處理、化學轉化處理、電鍍塗裝，並藉由升溫分析法(升溫速度200℃/h)分析鋼中擴散性氫量而掌握侵入氫量。其結果亦示於表4。再者，擴散性氫設為於200℃以下所釋出的氫量。
‧化學轉化處理條件
化學轉化處理是使用市售的化學轉化處理藥劑(日本帕卡瀨精(parkerizing)股份公司製造，PALBOND PB-L3020)，以浴溫43℃、處理時間120秒進行處理。
‧電鍍塗裝條件
以使用市售的電鍍塗料(關西塗料(paint)公司製造，GT-10HT)且塗膜厚成為20～25 μm的方式，對化學轉化處理後的鋼板實施電鍍塗裝。
[表3]
[表4]
自表4確認出，於加工後實施熱處理的本發明例即No.2-3～2-8、2-11中，藉由化學轉化處理、電鍍塗裝而使侵入的氫量較低，且均未產生延遲破壞，延遲破壞特性優異。
另一方面，衝壓後未實施熱處理、或熱處理溫度較低的比較例即No.2-1、2-2、2-10均於化學轉化處理、電鍍塗裝後產生破壞。又，於熱處理溫度超過本發明的上限值的比較例No.2-9中，雖未產生延遲破壞而延遲破壞特性優異，但熱處理後的強度超過50 MPa而降低。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．鋼板
2．．．鋼卷
A．．．熱壓步驟
B．．．衝壓步驟
C．．．第1熱處理步驟
D．．．化學轉化處理‧電鍍塗裝步驟
WK．．．工件
TW．．．超高強度部件
圖1是表示本發明的第1實施方式中的超高強度部件的製造方法的概念圖。
圖2是表示加工部與未加工部的溫度與氫釋出速度的關係的圖。
圖3是表示加工後未進行熱處理的保持加工原樣的部件與加工後以200℃進行10分鐘熱處理的部件的溫度與氫釋出速度的關係的圖。
圖4是表示本發明的第2實施方式中的超高強度部件的製造方法的概念圖。
圖5是表示本發明的第3實施方式中的超高強度部件的製造方法的概念圖。
1．．．鋼板
2．．．鋼卷
A．．．熱壓步驟
B．．．衝壓步驟
C．．．第1熱處理步驟
WK．．．工件
TW．．．超高強度部件

Claims (5)

  1. 一種超高強度部件的製造方法，以處於700～1000℃溫度範圍內的第1加熱溫度對鋼板進行加熱，並於以該第1加熱溫度成形為零件形狀的同時開始冷卻，該冷卻結束後實施剪切衝壓加工以使鋼板成為目標零件形狀，其特徵在於：於上述剪切衝壓加工之後實施第1熱處理，其中該第1熱處理為以處於100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於該第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘，所獲得的超高強度部件的拉伸強度為1180 MPa以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之超高強度部件的製造方法，其中於實施上述第1熱處理後實施塗裝，所獲得的超高強度部件的拉伸強度為1320 MPa以上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之超高強度部件的製造方法，其中上述第1熱處理中的上述第2加熱溫度為200℃以上，且於上述第2加熱溫度的保持時間為10分鐘以下。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之超高強度部件的製造方法，其中於實施上述第1熱處理後更實施第2熱處理，其中該第2熱處理為以處於150℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第3加熱溫度進行加熱，且於該第3加熱溫度的保持時間為1秒～10分鐘。
  5. 一種超高強度部件的使用方法，該超高強度部件是以處於700～1000℃溫度範圍內的第1加熱溫度對鋼板進行加熱，並於以該第1加熱溫度成形為零件形狀的同時開始冷卻，該冷卻結束後實施剪切衝壓加工以使鋼板成為目標零件形狀而獲得者，其特徵在於：於使用上述高強度部件之前實施第1熱處理，其中該第1熱處理為以處於100℃以上且未達300℃的溫度範圍內的第2加熱溫度進行加熱，且於該第2加熱溫度的保持時間為1秒～60分鐘，所獲得的超高強度部件的拉伸強度為1180 MPa以上。
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