WO2015097882A1 - 熱間プレス鋼板部材、その製造方法及び熱間プレス用鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
質量%で、
C :0.10%~0.34%、
Si:0.5%~2.0%、
Mn:1.0%~3.0%、
sol.Al:0.001%~1.0%、
P :0.05%以下、
S :0.01%以下、
N :0.01%以下、
Ti:0%~0.20%、
Nb:0%~0.20%、
V :0%~0.20%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
Ca:0%~0.01%、
Mg:0%~0.01%、
REM:0%~0.01%、
Zr:0%~0.01%、
B :0%~0.01%、
Bi:0%~0.01%、
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
表面から深さ15μmまでの表層部におけるフェライトの面積率が、前記表層部を除いた部位である内層部におけるフェライトの面積率の1.20倍超であり、前記内層部が、面積%で、フェライト:10%~70%、マルテンサイト:30%~90%、フェライト及びマルテンサイトの合計面積率:90%~100%である鋼組織を有し、
引張強度が980MPa以上であることを特徴とする熱間プレス鋼板部材。
前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.003%~0.20%、
Nb:0.003%~0.20%、
V :0.003%~0.20%、
Cr:0.005%~1.0%、
Mo:0.005%~1.0%、
Cu:0.005%~1.0%、及び
Ni:0.005%~1.0%
からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)に記載の熱間プレス鋼板部材。
前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0003%~0.01%、
Mg:0.0003%~0.01%、
REM:0.0003%~0.01%、及び
Zr:0.0003%~0.01%
からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする(1)又は(2)に記載の熱間プレス鋼板部材。
前記化学組成が、質量%で、B:0.0003%~0.01%を含有することを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載の熱間プレス鋼板部材。
前記化学組成が、質量%で、Bi:0.0003%~0.01%を含有することを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載の熱間プレス鋼板部材。
質量%で、
C :0.11%~0.35%、
Si:0.5%~2.0%、
Mn:1.0%~3.0%、
sol.Al:0.001%~1.0%、
P :0.05%以下、
S :0.01%以下、
N :0.01%以下、
Ti:0%~0.20%、
Nb:0%~0.20%、
V :0%~0.20%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
Ca:0%~0.01%、
Mg:0%~0.01%、
REM:0%~0.01%、
Zr:0%~0.01%、
B :0%~0.01%、
Bi:0%~0.01%、
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
厚さが30μm以下の内部酸化層を有し、
表面から深さ100μmまでの領域におけるフェライトの面積率が30%~90%、表面から深さ100μmまでの領域を除く領域における平均粒径が5μm以上のパーライトの面積率が10%~70%の鋼組織を有することを特徴とする熱間プレス用鋼板。
前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.003%~0.20%、
Nb:0.003%~0.20%、
V :0.003%~0.20%、
Cr:0.005%~1.0%、
Mo:0.005%~1.0%、
Cu:0.005%~1.0%、及び
Ni:0.005%~1.0%
からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする(6)に記載の熱間プレス用鋼板。
前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0003%~0.01%、
Mg:0.0003%~0.01%、
REM:0.0003%~0.01%、及び
Zr:0.0003%~0.01%
からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする(6)又は(7)に記載の熱間プレス用鋼板。
前記化学組成が、質量%で、B:0.0003%~0.01%を含有することを特徴とする(6)~(8)のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板。
前記化学組成が、質量%で、Bi:0.0003%~0.01%を含有することを特徴とする(6)~(9)のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板。
(6)~(10)のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板を、720℃以上Ac3点以下の温度域に加熱する工程と、
前記加熱の後に、前記熱間プレス用鋼板の表面におけるC含有量を0.0005質量%~0.015質量%減じる脱炭処理を行う工程と、
前記脱炭処理の後に、熱間プレスを行い、10℃/秒~500℃/秒の平均冷却速度でMs点まで冷却する工程と、
を有することを特徴とする熱間プレス鋼板部材の製造方法。
前記脱炭処理を行う工程は、5秒間~50秒間の空冷を行う工程を有することを特徴とする(11)に記載の熱間プレス鋼板部材の製造方法。
Cは、熱間プレス用鋼板の焼入れ性を高め、かつ鋼板部材の強度を主に決定する非常に重要な元素である。鋼板部材のC含有量が0.10%未満では、980MPa以上の引張強度を確保することが困難である。従って、鋼板部材のC含有量は0.10%以上とする。鋼板部材のC含有量が0.34%超では、曲げ性及び溶接性の低下が顕著である。従って、鋼板部材のC含有量は0.34%以下とする。熱間プレス用鋼板を得るための熱間圧延及び冷間圧延における生産性の観点から、熱間プレス用鋼板のC含有量は好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.25%以下である。後述のように、熱間プレス鋼板部材の製造の際に熱間プレス用鋼板の脱炭処理が行われるため、熱間プレス用鋼板にはその分だけ多くCが含有され、そのC含有量は0.11%以上0.35%以下とする。
Siは、鋼板部材の延性の向上及び鋼板部材の強度の安定した確保に非常に効果のある元素である。Si含有量が0.5%未満では、上記作用を得ることが困難である。従って、Si含有量は0.5%以上とする。Si含有量が2.0%超では、上記作用による効果は飽和して経済的に不利となるうえに、めっき濡れ性の低下が著しくなり、不めっきが多発する。従って、Si含有量は2.0%以下とする。溶接性を向上させる観点から、Si含有量は好ましくは0.7%以上である。鋼板部材の表面欠陥を抑える観点から、Si含有量は好ましくは1.8%以下である。
Mnは、熱間プレス用鋼板の焼入れ性の向上及び鋼板部材の強度の確保に非常に効果のある元素である。Mn含有量が1.0%未満では、鋼板部材に980MPa以上の引張強度を確保することが非常に困難である。従って、Mn含有量は1.0%以上とする。上記作用をより確実に得るために、Mn含有量は好ましくは1.1%以上である。Mn含有量が3.0%超では、鋼板部材の鋼組織が顕著なバンド状になり、曲げ性の劣化が顕著になる。従って、Mn含有量は3.0%以下とする。熱間プレス用鋼板を得るための熱間圧延及び冷間圧延における生産性の観点から、Mn含有量は好ましくは2.5%以下である。
Alは、鋼を脱酸して鋼材を健全化する作用を有する元素である。sol.Al含有量が0.001%未満では、上記作用を得ることが困難である。従って、sol.Al含有量は0.001%以上とする。上記作用をより確実に得るために、sol.Al含有量は好ましくは0.015%以上である。sol.Al含有量が1.0%超では、溶接性の低下が著しくなるとともに、酸化物系介在物が増加し、表面性状の劣化が著しくなる。従って、sol.Al含有量は1.0%以下とする。より良好な表面性状を得るために、sol.Al含有量は好ましくは0.080%以下である。
Pは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、P含有量は低ければ低いほどよい。特にP含有量が0.05%超で、溶接性の低下が著しい。従って、P含有量は0.05%以下とする。より良好な溶接性を確保するために、P含有量は好ましくは0.018%以下である。その一方で、Pは、固溶強化により鋼の強度を高める作用を有する。この作用を得るために、0.003%以上のPが含有されていてもよい。
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、S含有量は低ければ低いほどよい。特にS含有量が0.01%超で、溶接性の低下が著しい。従って、S含有量は0.01%以下とする。より良好な溶接性を確保するために、S含有量は好ましくは0.003%以下であり、より好ましくは0.0015%以下である。
Nは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。溶接性の観点から、N含有量は低ければ低いほどよい。特にN含有量が0.01%超で、溶接性の低下が著しい。従って、N含有量は0.01%以下とする。より良好な溶接性を確保するために、N含有量は好ましくは0.006%以下である。
Ti、Nb、V、Cr、Mo、Cu、及びNiは、いずれも鋼板部材の強度の安定した確保に効果のある元素である。従って、これらの元素からなる群から選択された1種又は2種以上が含有されていてもよい。しかし、Ti、Nb及びVについては、いずれかの含有量が0.20%超であると、熱間プレス用鋼板を得るための熱間圧延及び冷間圧延が困難になるだけでなく、逆に、強度を安定して確保することが困難になる。従って、Ti含有量、Nb含有量、及びV含有量は、いずれも0.20%以下とする。Cr及びMoについては、いずれかの含有量が1.0%超であると、熱間プレス用鋼板を得るための熱間圧延及び冷間圧延が困難になる。従って、Cr含有量及びMo含有量は、いずれも1.0%以下とする。Cu及びNiについては、いずれかの含有量が1.0%であると、上記作用による効果は飽和して経済的に不利となるうえに、熱間プレス用鋼板を得るための熱間圧延及び冷間圧延が困難になる。従って、Cu含有量及びNi含有量は、いずれも1.0%以下とする。鋼板部材の強度の安定した確保のために、Ti含有量、Nb含有量、及びV含有量は、いずれも好ましくは0.003%以上であり、Cr含有量、Mo含有量、Cu含有量、及びNi含有量は、いずれも好ましくは0.005%以上である。つまり、「Ti:0.003%~0.20%」、「Nb:0.003%~0.20%」、「V:0.003%~0.20%」、「Cr:0.005%~1.0%」、「Mo:0.005%~1.0%」、「Cu:0.005%~1.0%」、及び「Ni:0.005%~1.0%」のうちの少なくとも一つが満たされることが好ましい。
Ca、Mg、REM、及びZrは、いずれも介在物の制御、特に、介在物の微細分散化に寄与し、低温靭性を高める作用を有する元素である。従って、これらの元素からなる群から選択された1種又は2種以上が含有されていてもよい。しかし、いずれかの含有量が0.01%超であると、表面性状の劣化が顕在化する場合がある。従って、Ca含有量、Mg含有量、REM含有量、及びZr含有量は、いずれも0.01%以下とする。低温靭性の向上のために、Ca含有量、Mg含有量、REM含有量、及びZr含有量は、いずれも好ましくは0.0003%以上である。つまり、「Ca:0.0003%~0.01%」、「Mg:0.0003%~0.01%」、「REM:0.0003%~0.01%」、及び「Zr:0.0003%~0.01%」のうちの少なくとも一つが満たされることが好ましい。
Bは、鋼板の低温靭性を高める作用を有する元素である。従って、Bが含有されていてもよい。しかし、B含有量が0.01%超であると、熱間加工性が劣化して、熱間プレス用鋼板を得るための熱間圧延が困難になる。従って、B含有量は0.01%以下とする。低温靭性の向上のために、B含有量は好ましくは0.0003%以上である。つまり、B含有量は0.0003%~0.01%であることが好ましい。
Biは、鋼組織を均一にし、鋼板の低温靭性を高める作用を有する元素である。従って、Biが含有されていてもよい。しかし、Bi含有量が0.01%超であると、熱間加工性が劣化して、熱間プレス用鋼板を得るための熱間圧延が困難になる。従って、Bi含有量は0.01%以下とする。低温靭性の向上のために、Bi含有量は好ましくは0.0003%以上である。つまり、Bi含有量は0.0003%~0.01%であることが好ましい。
内層部におけるフェライトの面積率よりも表層部におけるフェライトの面積率を高めることにより、表層部が延性に富むようになり、980MPa以上という高い引張強度を有する場合であっても、優れた延性及び曲げ性を得ることができる。表層部におけるフェライトの面積率が内層部におけるフェライトの面積率の1.20倍以下では、微小なクラックが表層部に発生しやすくなり、十分な曲げ性を得ることができない。従って、表層部におけるフェライトの面積率は内層部におけるフェライトの面積率の1.20倍超とする。
内層部に適量のフェライトを存在させることにより、良好な延性を得ることができる。内層部におけるフェライトの面積率が10%未満では、フェライトの殆どが孤立し、良好な延性を得ることができない。従って、内層部におけるフェライトの面積率は10%以上とする。内層部におけるフェライトの面積率が70%超では、強化相であるマルテンサイトを十分に確保できなくなり、980MPa以上の引張強度を確保することが困難である。従って、内層部におけるフェライトの面積率は70%以下とする。
内層部に適量のマルテンサイトを存在させることにより、高い強度を得ることができる。内層部におけるマルテンサイトの面積率が30%未満では、980MPa以上の引張強度を確保することが困難である。従って、内層部におけるマルテンサイトの面積率は30%以上とする。内層部におけるマルテンサイトの面積率が90%超では、フェライトの面積率が10%未満となり、上述したように、良好な延性を得ることができない。従って、内層部におけるマルテンサイトの面積率は90%以下とする。
本実施形態に係る熱間プレス鋼板部材の内層部は、フェライト及びマルテンサイトからなること、つまり、フェライト及びマルテンサイトの合計面積率が100%であることが好ましい。しかし、製造条件によっては、フェライト及びマルテンサイト以外の相又は組織として、ベイナイト、残留オーステナイト、セメンタイト、及びパーライトからなる群から選択された1種又は2種以上が含まれることもある。この場合、フェライト及びマルテンサイト以外の相又は組織の面積率が10%超であると、これらの相又は組織の影響により、目的とする特性が得られないことがある。従って、内層部におけるフェライト及びマルテンサイト以外の相又は組織の面積率は10%以下とする。すなわち、内層部におけるフェライト及びマルテンサイトの合計面積率は90%以上とする。
内部酸化層が厚いほど鋼板部材の曲げ性が低下し、内部酸化層の厚さが30μm超でこの曲げ性の低下が顕著である。従って、内部酸化層の厚さは30μm以下とする。例えば、内部酸化層は電子顕微鏡で観察することができ、内部酸化層の厚さは電子顕微鏡で測定することができる。
表面から深さ100μmまでの領域におけるフェライトは、鋼板部材の表層部におけるフェライトの確保に寄与する。この領域におけるフェライトの面積率が30%未満では、鋼板部材の表層部におけるフェライトの面積率を内層部における面積率の1.20倍超とすることが困難である。従って、表面から深さ100μmまでの領域におけるフェライトの面積率は30%以上とする。この領域におけるフェライトの面積率が90%超では、鋼板部材の内層部におけるフェライトの面積率を70%以下とすることが困難である。従って、表面から深さ100μmまでの領域におけるフェライトの面積率は90%以下とする。
表面から深さ100μmまでの領域を除く領域における平均粒径が5μm以上のパーライトは、鋼板部材の内層部におけるマルテンサイトの生成に寄与する。この領域における平均粒径が5μm以上のパーライトの面積率が10%未満では、鋼板部材の内層部におけるマルテンサイトの面積率を30%以上とすることが困難である。従って、このパーライトの面積率は10%以上とする。この領域における平均粒径が5μm以上のパーライトの面積率が70%超では、鋼板部材の内層部におけるマルテンサイトの面積率を90%以下とすることが困難である。従って、このパーライトの面積率は70%以下とする。なお、このパーライトの面積率は熱間プレス用鋼板のC含有量の影響を受けやすく、パーライトの面積率が70%超の場合、その製造に用いた熱間プレス用鋼板のC含有量が0.35%超となっていることが多い。従って、表面から深さ100μmまでの領域を除く領域における平均粒径が5μm以上のパーライトの面積率を70%以下とするためには、例えばC含有量が0.35%以下の熱間プレス用鋼板を用いることが効果的である。ここで、パーライトの平均粒径とは、パーライト粒の圧延方向の直径と板幅方向(圧延方向に直交する方向)の直径との平均値を意味する。
熱間プレスに供する鋼板、つまり熱間プレス用鋼板の加熱は、720℃以上Ac3点以下の温度域において行う。Ac3点は、下記実験式(i)により規定されるオーステナイト単相になる温度(単位:℃)である。
-11×Cr-20×Cu+700×P+400×Al+50×Ti ・・・ (i)
ここで、上記式中における元素記号は、鋼板の化学組成における各元素の含有量(単位:質量%)を示す。
脱炭処理により、鋼板部材の表層部となる部分に内層部となる部分よりもフェライトが形成されやすくなる。脱炭の量が0.0005質量%未満では、上記作用を十分に得ることができず、表層部におけるフェライトの面積率を内層部におけるフェライトの面積率の1.20倍超とすることが困難である。従って、脱炭の量は0.0005質量%以上とする。脱炭の量が0.015質量%超では、脱炭処理中にベイナイト変態が生じて鋼板部材に十分な量のマルテンサイトを確保すること、つまり、980MPa以上の引張強度を得ることが困難である。従って、脱炭の量は0.015質量%以下とする。脱炭の量は、例えば、グロー放電発光分光分析装置(GDS:glow discharge spectroscope)又は電子線マイクロ分析装置(EPMA:electron probe micro analyzer)を用いて測定することができる。つまり、脱炭処理の前後で熱間プレス用鋼板の表面の分析を行い、その結果を比較すれば脱炭の量を求めることができる。
空冷後には、熱間プレスを行い、10℃/秒以上500℃/秒以下の平均冷却速度でMs点まで冷却する。平均冷却速度が10℃/秒未満では、ベイナイト変態等の拡散型変態が過度に進行してしまい、強化相であるマルテンサイトの面積率を確保できなくなり、鋼板部材の引張強度を980MPa以上とすることが困難である。従って、この平均冷却速度は10℃/秒以上とする。平均冷却速度が500℃/秒超では、部材の均熱を保つことが極めて困難となり、強度が安定しなくなる。従って、この平均冷却速度は500℃/秒以下とする。
(a)400℃到達直後に、熱容量の異なる金型又は室温状態の金型に鋼板を移動させる。
(b)水冷金型を用い、400℃到達直後に金型中の流水量を増加させる。
(c)400℃到達直後に、金型と鋼板との間に水を流す。この方法では、温度に応じて水量を増加させることでより冷却速度を高めてもよい。
Claims (12)
- 質量%で、
C :0.10%~0.34%、
Si:0.5%~2.0%、
Mn:1.0%~3.0%、
sol.Al:0.001%~1.0%、
P :0.05%以下、
S :0.01%以下、
N :0.01%以下、
Ti:0%~0.20%、
Nb:0%~0.20%、
V :0%~0.20%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
Ca:0%~0.01%、
Mg:0%~0.01%、
REM:0%~0.01%、
Zr:0%~0.01%、
B :0%~0.01%、
Bi:0%~0.01%、
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
表面から深さ15μmまでの表層部におけるフェライトの面積率が、前記表層部を除いた部位である内層部におけるフェライトの面積率の1.20倍超であり、前記内層部が、面積%で、フェライト:10%~70%、マルテンサイト:30%~90%、フェライト及びマルテンサイトの合計面積率:90%~100%である鋼組織を有し、
引張強度が980MPa以上であることを特徴とする熱間プレス鋼板部材。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.003%~0.20%、
Nb:0.003%~0.20%、
V :0.003%~0.20%、
Cr:0.005%~1.0%、
Mo:0.005%~1.0%、
Cu:0.005%~1.0%、及び
Ni:0.005%~1.0%
からなる群から選択された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に記載の熱間プレス鋼板部材。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0003%~0.01%、
Mg:0.0003%~0.01%、
REM:0.0003%~0.01%、及び
Zr:0.0003%~0.01%
からなる群から選択された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又は2に記載の熱間プレス鋼板部材。 - 前記化学組成が、質量%で、B:0.0003%~0.01%を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の熱間プレス鋼板部材。
- 前記化学組成が、質量%で、Bi:0.0003%~0.01%を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の熱間プレス鋼板部材。
- 質量%で、
C :0.11%~0.35%、
Si:0.5%~2.0%、
Mn:1.0%~3.0%、
sol.Al:0.001%~1.0%、
P :0.05%以下、
S :0.01%以下、
N :0.01%以下、
Ti:0%~0.20%、
Nb:0%~0.20%、
V :0%~0.20%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
Ca:0%~0.01%、
Mg:0%~0.01%、
REM:0%~0.01%、
Zr:0%~0.01%、
B :0%~0.01%、
Bi:0%~0.01%、
残部:Fe及び不純物
で表される化学組成を有し、
厚さが30μm以下の内部酸化層を有し、
表面から深さ100μmまでの領域におけるフェライトの面積率が30%~90%、表面から深さ100μmまでの領域を除く領域における平均粒径が5μm以上のパーライトの面積率が10%~70%の鋼組織を有することを特徴とする熱間プレス用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.003%~0.20%、
Nb:0.003%~0.20%、
V :0.003%~0.20%、
Cr:0.005%~1.0%、
Mo:0.005%~1.0%、
Cu:0.005%~1.0%、及び
Ni:0.005%~1.0%
からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項6に記載の熱間プレス用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0003%~0.01%、
Mg:0.0003%~0.01%、
REM:0.0003%~0.01%、及び
Zr:0.0003%~0.01%
からなる群から選択された1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項6又は7に記載の熱間プレス用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、B:0.0003%~0.01%を含有することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Bi:0.0003%~0.01%を含有することを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の熱間プレス用鋼板。
- 請求項6乃至10のいずれか1項に記載の熱間プレス用鋼板を、720℃以上Ac3点以下の温度域に加熱する工程と、
前記加熱の後に、前記熱間プレス用鋼板の表面におけるC含有量を0.0005質量%~0.015質量%減じる脱炭処理を行う工程と、
前記脱炭処理の後に、熱間プレスを行い、10℃/秒~500℃/秒の平均冷却速度でMs点まで冷却する工程と、
を有することを特徴とする熱間プレス鋼板部材の製造方法。 - 前記脱炭処理を行う工程は、5秒間~50秒間の空冷を行う工程を有することを特徴とする請求項11に記載の熱間プレス鋼板部材の製造方法。
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