JP6525123B1 - ホットスタンプ成形品およびホットスタンプ用鋼板ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年10月02日に、日本に出願された特願2017−193095号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
具体的には、特許文献7には、C含有量を低めにするとともに焼入れ元素を一定量以上含有させ、冷却中にフェライト、パーライトおよびマルテンサイトの形成を抑制した600〜1200MPa級自動車用高強度部材およびその製造方法が開示されている。また、特許文献8には、C含有量を低めに制限するとともにTiを含有させ、マルテンサイトの生成量を制御した、引張強さが500MPa以上のホットスタンプ部材とその製造方法が開示されている。
(2)上記(1)に記載のホットスタンプ成形品では、前記化学組成が、質量%で、Ti:0.001〜0.300%、Nb:0.001〜0.300%、V:0.001〜0.300%、および、Zr:0.001〜0.300%、から選択される1種以上を含有してもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載のホットスタンプ成形品は、前記化学組成が、質量%で、Mo:0.001〜2.00%、Cu:0.001〜2.00%、および、Ni:0.001〜2.00%、から選択される1種以上を含有してもよい。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のホットスタンプ成形品は、前記化学組成が、質量%で、B:0.0001〜0.0200%を含有してもよい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載のホットスタンプ成形品は、前記化学組成が、質量%で、Ca:0.0001〜0.0100%、Mg:0.0001〜0.0100%、および、REM:0.0001〜0.1000%、から選択される1種以上を含有してもよい。
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載のホットスタンプ成形品は、前記化学組成が、質量%で、Bi:0.0001〜0.0500%、を含有してもよい。
(7)上記(1)〜(6)のいずれかに記載のホットスタンプ成形品は、表面にめっき層を有してもよい。
(8)本発明の別の態様に係るホットスタンプ用鋼板は、化学組成が、質量%で、C:0.001%以上0.080%未満、Si:2.50%以下、Mn:0.01%以上0.50%未満、P:0.200%以下、S:0.0200%以下、sol.Al:0.001〜2.500%、N:0.0200%以下、Cr:0.30%以上2.00%未満、Ti:0〜0.300%、Nb:0〜0.300%、V:0〜0.300%、Zr:0〜0.300%、Mo:0〜2.00%、Cu:0〜2.00%、Ni:0〜2.00%、B:0〜0.0200%、Ca:0〜0.0100%、Mg:0〜0.0100%、REM:0〜0.1000%、Bi:0〜0.0500%、残部:Feおよび不純物であり、金属組織が、鉄炭化物を含み、前記鉄炭化物中のMn含有量及びCr含有量が下記(i)式を満足する。
[Mn]θ+[Cr]θ>2.5 ・・・(i)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
[Mn]θ:鉄炭化物に含まれるFe、MnおよびCrの合計含有量を100原子%としたときの、原子%での鉄炭化物中のMn含有量
[Cr]θ:前記鉄炭化物に含まれるFe、MnおよびCrの合計含有量を100原子%としたときの、原子%での鉄炭化物中のCr含有量
(9)上記(8)に記載のホットスタンプ用鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Ti:0.001〜0.300%、Nb:0.001〜0.300%、V:0.001〜0.300%、および、Zr:0.001〜0.300%、から選択される1種以上を含有してもよい。
(10)上記(8)または(9)に記載のホットスタンプ用鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Mo:0.001〜2.00%、Cu:0.001〜2.00%、および、Ni:0.001〜2.00%、から選択される1種以上を含有してもよい。
(11)上記(8)〜(10)のいずれかに記載のホットスタンプ用鋼板は、前記化学組成が、質量%で、B:0.0001〜0.0200%、を含有してもよい。
(12)上記(8)〜(11)のいずれかに記載のホットスタンプ用鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Ca:0.0001〜0.0100%、Mg:0.0001〜0.0100%、および、REM:0.0001〜0.1000%、から選択される1種以上を含有してもよい。
(13)上記(8)〜(12)のいずれかに記載のホットスタンプ用鋼板は、前記化学組成が、質量%で、Bi:0.0001〜0.0500%、を含有してもよい。
(14)上記(8)〜(13)のいずれかに記載のホットスタンプ用鋼板は、表面にめっき層を有してもよい。
(15)本発明の別の態様に係るホットスタンプ成形品の製造方法は、上記(1)〜(6)のいずれかに記載のホットスタンプ成形品を製造する方法であって、(8)〜(13)のいずれかに記載のホットスタンプ用鋼板を加熱温度T℃まで加熱する加熱工程と、前記加熱工程後の前記ホットスタンプ用鋼板に対してホットスタンプを行うホットスタンプ工程と、を備える。
(16)本発明の別の態様に係るホットスタンプ成形品の製造方法は、上記(1)〜(6)のいずれかに記載のホットスタンプ成形品を製造する方法であって、(8)〜(13)のいずれかに記載のホットスタンプ用鋼板を、接合用鋼板と接合して接合鋼板とする接合工程と、前記接合工程後の接合鋼板を加熱温度T℃まで加熱する加熱工程と、前記加熱工程後の前記接合鋼板に対してホットスタンプを行うホットスタンプ工程と、を備える。
(17)本発明の別の態様に係るホットスタンプ成形品の製造方法は、上記(7)に記載のホットスタンプ成形品を製造する方法であって、(14)に記載のホットスタンプ用鋼板を加熱温度T℃まで加熱する加熱工程と、前記加熱工程後の前記ホットスタンプ用鋼板に対してホットスタンプを行うホットスタンプ工程と、を備える。
(18)本発明の別の態様に係るホットスタンプ成形品の製造方法は、上記(7)に記載のホットスタンプ成形品を製造する方法であって、(14)に記載のホットスタンプ用鋼板を、接合用鋼板と接合して接合鋼板とする接合工程と、前記接合工程後の接合鋼板を加熱温度T℃まで加熱する加熱工程と、前記加熱工程後の前記接合鋼板に対してホットスタンプを行うホットスタンプ工程と、を備える。
(19)上記(15)〜(18)のいずれかに記載のホットスタンプ成形品の製造方法は、前記加熱工程において、前記加熱温度T℃が、前記ホットスタンプ用鋼板のAc1点を超える温度であり、前記ホットスタンプ工程において、ホットスタンプ開始温度が(T−300)℃以上の温度であってもよい。
(20)本発明の別の態様に係るホットスタンプ用鋼板の製造方法は、(8)〜(14)のいずれかに記載のホットスタンプ用鋼板を製造する方法であって、化学組成が、質量%で、C:0.001%以上0.080%未満、Si:2.50%以下、Mn:0.01%以上0.50%未満、P:0.200%以下、S:0.0200%以下、sol.Al:0.001〜2.500%、N:0.0200%以下、Cr:0.30%以上2.00%未満、Ti:0〜0.300%、Nb:0〜0.300%、V:0〜0.300%、Zr:0〜0.300%、Mo:0〜2.00%、Cu:0〜2.00%、Ni:0〜2.00%、B:0〜0.0200%、Ca:0〜0.0100%、Mg:0〜0.0100%、REM:0〜0.1000%、Bi:0〜0.0500%、残部:Feおよび不純物であるスラブに対して、熱間圧延を施した後、800℃以下の温度域で巻取って熱延鋼板とする熱間圧延工程と、前記熱延鋼板に650℃を超える温度域まで加熱する熱延板焼鈍を施して熱延焼鈍鋼板とする熱延板焼鈍工程と、を備える。
(21)上記(20)に記載のホットスタンプ用鋼板の製造方法は、さらに、前記熱延板焼鈍工程後の前記熱延焼鈍鋼板に、任意に、冷間圧延、及び焼鈍のいずれかまたは両方を行った後、めっきを行うめっき工程を備えてもよい。
この理由は明らかではないが、(a)Mn含有量が過剰であると、オーステナイトからフェライトへの変態温度が低下し、ホットスタンプ後の冷却過程において、フェライト中に微細な鉄炭化物または微細な鉄炭素クラスターが生成し、フェライトが硬質化すること、(b)Crを含有させ、鉄炭化物中のMn含有量、Cr含有量を一定以上とすることで鉄炭化物が安定化し、フェライト中における微細な鉄炭化物または微細な鉄炭素クラスターの生成が抑制されること、および(c)フェライト中に存在する微細な鉄炭化物または微細な鉄炭素クラスターは、塗装焼付時の熱処理により粗大な鉄炭化物に変化し、フェライトの強度が低下すること、に起因すると推定される。
以下、本発明の一実施形態に係るホットスタンプ成形品(本実施形態に係るホットスタンプ成形品)、及びその素材として好適なホットスタンプ用鋼板(本実施形態に係るホットスタンプ用鋼板)、ならびにそれらの製造方法の各要件について詳しく説明する。
本実施形態に係るホットスタンプ成形品の全部または一部は、以下に示す化学組成を有する。各元素の限定理由は下記のとおりである。以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。ホットスタンプ成形品が、700MPa未満の引張強さを有する部分と、700MPa以上の引張強さを有する部分とを備えている場合、少なくとも引張強さが700MPa未満となる部分が以下の化学組成を有していればよい。
Cは、ホットスタンプ後の鋼板(ホットスタンプ成形品が備える鋼板)の引張強さを上昇させる効果を有する元素である。C含有量が0.001%未満では、ホットスタンプによる引張強さの上昇が望めない。好ましいC含有量は0.010%以上、0.020%以上、または0.030%以上である。
一方、C含有量が0.080%以上であると、ホットスタンプ後の金属組織においてマルテンサイトおよび/またはベイナイトの体積率が増加して、ホットスタンプ成形品の引張強さが700MPa以上となる。この場合、後述するようにMnおよびCr含有量を調整しても、ホットスタンプ成形品の熱的安定性を確保することができなくなる。したがって、C含有量は0.080%未満とする。好ましいC含有量は0.075%未満、0.070%未満、0.060%未満、または0.050%未満である。
Siは、鋼中に不純物として含有される元素である。Si含有量が2.50%を超えると、溶接性が劣化するとともに、変態点が高くなりすぎ、ホットスタンプの加熱過程で変態点以上の温度に鋼板を加熱することが困難となる。そのため、Si含有量は2.50%以下とする。好ましいSi含有量は2.00%以下、1.50%以下、または1.00%以下である。ホットスタンプ用鋼板としてめっき鋼板を用いる場合は、めっき性を確保するためにSi含有量を0.50%未満とすることが好ましく、0.40%未満とすることがより好ましい。
Si含有量の下限は特に限定しないが、Si含有量を過度に低下させることは製鋼コストの上昇を招くため、Siを0.001%以上含有させることが好ましい。また、Siは、ホットスタンプ後の鋼板の引張強さを高める作用を有するので、積極的に含有させてもよい。高強度化の観点からは、好ましいSi含有量は0.10%以上、0.20%以上、または0.30%以上である。
Mnは、ホットスタンプ成形品の熱的安定性を劣化させる元素である。特に、Mn含有量が0.50%以上であると、ホットスタンプ後の成形品の熱的安定性が著しく劣化する。したがって、Mn含有量は0.50%未満とする。Mn含有量は好ましくは0.40%未満、0.35%未満、0.30%未満、または0.25%未満である。
一方、Mnは、不純物であるSと結合してMnSを形成し、Sによる弊害を抑制する作用を有する元素である。この効果を得るため、Mn含有量は0.01%以上とする。Mn含有量は好ましくは0.05%以上、0.10%以上、または0.15%以上である。
Pは、鋼中に不純物として含有される元素である。P含有量が0.200%を超えると溶接性およびホットスタンプ後の靭性が著しく劣化するため、P含有量は0.200%以下とする。好ましいP含有量は0.100%以下、0.050%以下、または0.020%以下である。
P含有量の下限は特に限定しないが、P含有量を過度に低下させることは製鋼コストの上昇を招くため、0.001%以上含有させることが好ましい。また、Pは、ホットスタンプ後の成形品の引張強さを高める作用を有するので、積極的に含有させてもよい。高強度化の観点からは、好ましいP含有量は0.010%以上、0.020%以上、または0.030%以上である。ホットスタンプ用鋼板としてめっき鋼板を用いる場合は、めっき性を確保するためにP含有量を0.05%以下とすることが好ましく、0.040%以下とすることがより好ましい。
Sは、鋼中に不純物として含有され、鋼を脆化させる元素である。そのため、S含有量は少ないほど好ましいが、S含有量が0.0200%を超えるとその悪影響が特に大きくなるので、S含有量は0.0200%以下とする。好ましいS含有量は0.0100%以下、0.0050%以下、または0.0030%以下である。
S含有量の下限は特に限定しないが、S含有量を過度に低下させることは製鋼コストの上昇を招くので、0.0001%以上含有させることが好ましい。
Alは、溶鋼を脱酸する作用を有する元素である。sol.Al含有量が0.001%未満であると脱酸が不十分となる。そのため、sol.Al含有量を0.001%以上とする。sol.Al含有量は好ましくは、0.010%以上、0.020%以上、または0.040%以上である。
一方、sol.Al含有量が高すぎる場合、変態点が上昇し、ホットスタンプの加熱過程で変態点以上の温度に鋼板を加熱することが困難となる。そのため、sol.Al含有量は2.500%以下とする。sol.Al含有量は好ましくは1.000%以下、0.500%以下、0.100%以下、または0.060%以下である。
Nは、鋼中に不純物として含有され、鋼の連続鋳造中に窒化物を形成する元素である。この窒化物はホットスタンプ後の靭性を劣化させるので、N含有量は低い方が好ましい。N含有量が0.0200%超であると、その悪影響が特に大きくなるので、N含有量は0.0200%以下とする。N含有量は好ましくは0.0100%未満、0.0080%未満、または0.0050%未満である。
N含有量の下限は特に限定しないが、N含有量を過度に低下させることは製鋼コストの上昇を招くので、Nを0.001%以上含有させることが好ましい。
Crは、フェライトを主体とする金属組織を有するホットスタンプ成形品(ホットスタンプ後の鋼板)の熱的安定性を向上させる作用を有する元素である。Cr含有量が0.30%未満である場合、上記作用による効果が十分に得られない。したがって、Cr含有量は0.30%以上とする。Cr含有量は、好ましくは0.50%以上、0.70%以上、または0.90%以上である。
一方、Cr含有量が2.00%以上であると、ホットスタンプ成形品の金属組織に含まれるマルテンサイトおよび/またはベイナイトの体積率が過剰となり、ホットスタンプ成形品の熱的安定性が劣化する。したがって、Cr含有量は2.00%未満とする。Cr含有量は好ましくは1.50%以下、1.20%以下、または1.00%以下である。
Nb:0〜0.300%
V:0〜0.300%
Zr:0〜0.300%
Ti、Nb、VおよびZrは金属組織の微細化を通じ、ホットスタンプ成形品の引張強さを上昇させる作用を有する元素である。この効果を得るために、Ti、Nb、VおよびZrから選択される1種以上を必要に応じて含有させてもよい。
また、Ti、Nb、VおよびZrの含有量が多い場合、これらの元素の炭化物が多量に析出してホットスタンプ後の靭性が損なわれることが懸念される。したがって、Ti含有量は好ましくは0.060%未満、さらに好ましくは0.040%未満である。Nb含有量は好ましくは0.060%未満、さらに好ましくは0.040%未満である。V含有量は好ましくは0.200%未満、さらに好ましくは0.100%未満である。Zr含有量は好ましくは0.200%未満、さらに好ましくは0.100%未満である。
Cu:0〜2.00%
Ni:0〜2.00%
Mo、CuおよびNiは、ホットスタンプ成形品(ホットスタンプ後の鋼板)の引張強さを高める作用を有する。したがって、Mo、CuおよびNiから選択される1種以上を必要に応じて含有させてもよい。
そのため、含有させる場合でも、Mo、CuおよびNiの含有量は、それぞれ2.00%以下とする。好ましいMo含有量は0.50%以下であり、好ましいCu含有量は1.00%以下であり、好ましいNi含有量は1.00%以下である。
Bは、粒界に偏析してホットスタンプ後の鋼板の靭性を向上させる作用を有する元素である。この効果を得るため、必要に応じて含有させてもよい。
Mg:0〜0.0100%
REM:0〜0.1000%
Ca、MgおよびREMは、介在物の形状を調整することによりホットスタンプ後の靭性を向上させる作用を有する元素である。そのため、必要に応じて含有させてもよい。上記の効果を得たい場合には、Ca、MgおよびREMから選択される1種以上を、それぞれ0.0001%以上含有させることが好ましい。
一方、CaもしくはMgの含有量が0.0100%超である場合、またはREMの含有量が0.1000%超である場合、効果が飽和して過剰なコストが発生する。したがって、含有させる場合でも、CaおよびMgの含有量はそれぞれ0.0100%以下とし、REM含有量は0.1000%以下とする。
Biは、凝固組織を微細化することにより、ホットスタンプ後の靭性を向上させる作用を有する元素である。そのため、必要に応じて含有させてもよい。上記の効果を得たい場合には、Bi含有量は0.0001%以上であるのが好ましい。Bi含有量は、より好ましくは0.0003%以上であり、さら好ましくは0.0005%以上である。
一方、Bi含有量が0.0500%を超える場合、上記効果が飽和して過剰なコストが発生する。したがって、含有させる場合でも、Bi含有量は0.0500%以下とする。Bi含有量は、好ましくは0.0100%以下であり、より好ましくは0.0050%以下である。
本実施形態に係るホットスタンプ成形品の金属組織について説明する。本実施形態に係るホットスタンプ成形品の全部または一部は、以下に示す量のフェライト、マルテンサイトおよびベイナイトを含む金属組織を有する。金属組織に関する以下の説明において、「%」は、「体積率%」を意味する。
フェライトの体積率が60.0%以下であると、ホットスタンプ後の成形品の引張強さが700MPa以上となり、熱的安定性を確保することができない。そのため、フェライトの体積率を60.0%超とする。フェライトの体積率は、好ましくは70.0%超、さらに好ましくは80.0%超である。
フェライトの体積率の上限は特に定める必要がないが、ホットスタンプ成形品の強度を上昇させるために、98.0%未満とすることが好ましく、96.0%未満とすることがより好ましく、94.0%未満とすることがさらに好ましい。
上記フェライトには、ポリゴナルフェライトのほかに、ポリゴナルフェライトより転位密度の高い擬ポリゴナルフェライトおよびグラニュラーベイニティックフェライト、鋸歯状の粒界を有するアシキュラーフェライトが含まれる。熱的安定性の観点から、フェライト全体に対するポリゴナルフェライトの割合が、体積率で10.0%以上であることが好ましい。
ベイナイト:0%以上、20.0%未満
金属組織がマルテンサイトおよびベイナイトを含むと、ホットスタンプ成形品の熱的安定性が劣化する。そのため、マルテンサイトの体積率は10.0%未満、ベイナイトの体積率は20.0%未満とする。マルテンサイトの体積率は、5.0%未満とすることが好ましく、2.0%未満とすることがより好ましく、1.0%未満とすることがさらに好ましい。ベイナイトの体積率は、10.0%未満とすることが好ましく、5.0%未満とすることがより好ましく、2.0%未満とすることがさらに好ましい。
しかしながら、マルテンサイトおよびベイナイトは、ホットスタンプ成形品の強度を上昇させる作用を有するので、上記範囲内であれば金属組織に含まれていてもよい。マルテンサイトおよびベイナイトの体積率が0.1%未満であると、上記作用による効果が十分に得られない。そのため、強度を上昇させる場合には、マルテンサイトおよびベイナイトの体積率の下限値を、いずれも0.1%以上とすることが好ましく、0.5%以上とすることがより好ましい。
一方、パーライトを過剰に含有する場合、ホットスタンプ後の靭性が劣化する。そのため、パーライトの体積率を20.0%以下とすることが好ましく、10.0%以下とすることがより好ましい。
一方、残留オーステナイトを過剰に含有すると、ホットスタンプ後の靱性が低下する。そのため、残留オーステナイトの体積率を5.0%以下とすることが好ましく、3.0%以下とすることがより好ましい。
まず、ホットスタンプ成形品から試験片を採取し、鋼板の圧延方向に平行な縦断面を研磨した後、非めっき鋼板の場合は、鋼板表面から鋼板の板厚の1/4深さ位置、めっき鋼板の場合は、基材の鋼板とめっき層の境界から基材である鋼板の板厚の1/4深さ位置において組織観察する。ホットスタンプ成形品が、700MPa未満の引張強さを有する部分と、700MPa以上の引張強さを有する部分とを備えている場合、引張強さが700MPa未満となる部分から試験片を採取して観察を行う。
具体的には、研磨面をナイタール腐食した後、光学顕微鏡および走査電子顕微鏡(SEM)を用いて組織観察を行い、得られた組織写真に対して画像解析を行うことによって、フェライトとパーライトのそれぞれの面積率、およびベイナイト、マルテンサイト、残留オーステナイトの合計面積率を得る。その後、同様の観察位置に対し、レペラー腐食をした後、光学顕微鏡および走査電子顕微鏡(SEM)を用いて組織観察を行い、得られた組織写真に対して画像解析を行うことによって、残留オーステナイトとマルテンサイトの合計面積率を算出する。
また、同様の観察位置について、縦断面を電解研磨した後、電子線後方散乱パターン解析装置(EBSP)を備えたSEMを用いて、残留オーステナイトの面積率を測定する。
これらの結果に基づいて、フェライトとパーライト、ベイナイト、マルテンサイト、残留オーステナイトのそれぞれの面積率を得る。そして、面積率は体積率と等しいとして、測定された面積率を各組織の体積率とする。
本実施形態に係るホットスタンプ成形品の全部または一部は、母材鋼板の引張強さで700MPa未満である。これは、引張強さが700MPa以上であるとホットスタンプ成形品の熱的安定性を確保することができなくなるためである。好ましくは、ホットスタンプ成形品の全部または一部において、引張強さが600MPa未満、または560MPa未満である。一方、ホットスタンプ成形品の衝撃吸収性を向上させるためには、ホットスタンプ成形品の引張強さを440MPa以上とすることが好ましく、490MPa以上とすることがより好ましい。
本実施形態に係るホットスタンプ成形品は、170℃で20分間の熱処理を施した際の、ホットスタンプ前の引張強さに対する引張強さの低下量(ΔTS)が100MPa以下である。ΔTSは、60MPa以下であることが好ましく、30MPa以下であることがより好ましい。
フェライトを主体とする組織を有するホットスタンプ成形品において、塗装焼付時に強度が低下する理由は、フェライト中に存在する微細な鉄炭化物または微細な鉄炭素クラスターが、塗装焼付時の熱処理により粗大な鉄炭化物に変化するためであると考えられる。この微細な鉄炭化物または微細な鉄炭素クラスターの存在状態を直接的に定量的に評価することは容易ではないが、170℃で20分間の熱処理を施した後の、引張強さの低下量(ΔTS)によって間接的に評価できる。ΔTSが100MPa以下であれば、フェライト中における微細な鉄炭化物または微細な鉄炭素クラスターの生成が抑制され、熱的安定性に優れると判断される。
本実施形態に係るホットスタンプ成形品は、表面にめっき層を有していてもよい。表面にめっき層を備えることで、ホットスタンプ時におけるスケールの生成を防止し、さらにホットスタンプ成形品の耐食性を向上させることが可能になる。めっきの種類は、前記目的に適うものであればよく、特に限定されない。ホットスタンプ成形品のめっき層は、後述するように、めっき鋼板を用いてホットスタンプすることにより形成させることができる。めっき層の種類として、亜鉛系めっき鋼板やアルミニウム系めっき鋼板を用いてホットスタンプした、亜鉛系めっき層やアルミニウム系めっき層が例示される。
<ホットスタンプ用鋼板の化学組成>
ホットスタンプによって化学組成は実質的に変化しないので、ホットスタンプ用鋼板の化学組成は、上述したホットスタンプ成形品と同じ化学組成を有する。
本実施形態に係るホットスタンプ用鋼板の金属組織は、鉄炭化物を含み、鉄炭化物の化学組成(鉄炭化物中のMn含有量及びCr含有量)が下記(i)式を満足する。
[Mn]θ+[Cr]θ>2.5 ・・・(i)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
[Mn]θ:鉄炭化物に含まれるFe、MnおよびCrの合計含有量を100原子%としたときの、鉄炭化物中のMn含有量(原子%)
[Cr]θ:鉄炭化物に含まれるFe、MnおよびCrの合計含有量を100原子%としたときの、鉄炭化物中のCr含有量(原子%)
まず、鋼板の任意の位置から試験片を採取し、鋼板の圧延方向に平行な縦断面を研磨した後、鋼板表面から板厚の1/4深さ位置においてレプリカ法により析出物を抽出する。この析出物を、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察し、電子線回折およびエネルギー分散型X線分析(EDS)により析出物の同定および組成分析を行う。
一方、鉄炭化物の体積率が過剰となると、ホットスタンプ後の鋼板の引張強さが高くなりすぎるとともに、熱的安定性が損なわれる。したがって、鉄炭化物の体積率は20%以下とすることが好ましく、15%以下とすることがより好ましい。
ホットスタンプ用鋼板の金属組織における体積率は、ホットスタンプ成形品の場合と同じ方法で求めることができる。
本実施形態に係るホットスタンプ成形品及び本実施形態に係るホットスタンプ用鋼板の好ましい製造方法について説明する。
本実施形態に係るホットスタンプ成形品の製造方法は、上述の化学組成および金属組織を有するホットスタンプ用鋼板を加熱する工程と、加熱されたホットスタンプ用鋼板に対してホットスタンプを行う工程と、を含む。ホットスタンプ工程では、金型による冷却及び成形が行われ、ホットスタンプ成形品が得られる。
加熱温度の上限は特に限定しないが、加熱温度が高すぎるとオーステナイトが粗大化し、ホットスタンプ成形品の強度が低下する。そのため、加熱温度は1000℃以下であることが好ましく、950℃以下であることがより好ましく、900℃以下であることがさらに好ましい。
また、ホットスタンプ成形品の耐食性を向上させるために、ホットスタンプ用鋼板、接合用鋼板には、表面にめっきが施されためっき鋼板を使用してもよい。めっき鋼板の種類は特に限定しないが、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融アルミニウムめっき鋼板、溶融Zn−Al合金めっき鋼板、溶融Zn−Al−Mg合金めっき鋼板、溶融Zn−Al−Mg−Si合金めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板および、電気Ni−Zn合金めっき鋼板等が例示される。
本実施形態に係るホットスタンプ用鋼板の製造方法は、上述の化学組成を有するスラブに対して、熱間圧延を施した後、800℃以下の温度域で巻取って熱延鋼板とする熱間圧延工程と、上記熱延鋼板を650℃を超える温度域まで加熱する熱延板焼鈍を施して熱延焼鈍鋼板とする熱延板焼鈍工程とを含む。
真空溶解炉を用いて溶鋼を鋳造し、表1に示す化学組成を有する鋼A〜Rを製造した。表1中のAc1点およびAc3点は、鋼A〜Rの冷延鋼板を2℃/秒で加熱した際の熱膨張変化から求めた。また、表1中のAr3点は、鋼A〜Mの冷延鋼板を950℃に加熱した後10℃/秒で冷却した際の熱膨張変化から求めた。鋼A〜Rを1200℃に加熱し60分間保持した後、表2に示す熱延条件で熱間圧延を行った。
鋼Rを用いた試験番号34および35は、鋼のCr含有量が低すぎるため、ΔTSが大きかった。
化学組成は本発明の範囲内であるが、ホットスタンプ用鋼板の金属組織が本発明の範囲から外れる鋼板を用いた比較例の試験番号26、28、および、30は、ホットスタンプ成形品のΔTSが100MPa以上であり、熱的安定性が劣っていた。
具体的には、鋼Nを用いた試験番号26、および、鋼Pを用いた試験番号30は、熱延板焼鈍を行っていないために、ホットスタンプ用鋼板の金属組織において鉄炭化物中のMn含有量とCr含有量の和が低く、ΔTSが大きかった。
鋼Oを用いた試験番号28は、熱延板焼鈍工程における加熱温度が低すぎるために、ホットスタンプ用鋼板の金属組織において鉄炭化物中のMn含有量とCr含有量の和が低く、ΔTSが大きかった。
真空溶解炉を用いて溶鋼を鋳造し、実施例1において、表1に示した化学組成を有する鋼A〜Cを製造した。鋼A〜Cを用い、実施例1と同様に、表5に示す条件で、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、および、焼鈍を行い、次いでめっき処理を行い、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、および、溶融アルミニウムめっき鋼板(ホットスタンプ用鋼板)を製造した。
Claims (21)
- ホットスタンプ成形品であって、
前記ホットスタンプ成形品の全部または一部が、
質量%で、
C:0.001%以上0.080%未満、
Si:2.50%以下、
Mn:0.01%以上0.50%未満、
P:0.200%以下、
S:0.0200%以下、
sol.Al:0.001〜2.500%、
N:0.0200%以下、
Cr:0.30%以上2.00%未満、
Ti:0〜0.300%、
Nb:0〜0.300%、
V:0〜0.300%、
Zr:0〜0.300%、
Mo:0〜2.00%、
Cu:0〜2.00%、
Ni:0〜2.00%、
B:0〜0.0200%、
Ca:0〜0.0100%、
Mg:0〜0.0100%、
REM:0〜0.1000%、
Bi:0〜0.0500%、
残部:Feおよび不純物である化学組成を有し、
金属組織が、体積%で、
フェライト:60.0%超、
マルテンサイト:0%以上10.0%未満、
ベイナイト:0%以上20.0%未満、を含み、
引張強さが、700MPa未満であり、
170℃で20分間の熱処理を施した後の、前記引張強さの低下量であるΔTSが100MPa以下である、
ホットスタンプ成形品。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.001〜0.300%、
Nb:0.001〜0.300%、
V:0.001〜0.300%、および、
Zr:0.001〜0.300%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1に記載のホットスタンプ成形品。 - 前記化学組成が、質量%で、
Mo:0.001〜2.00%、
Cu:0.001〜2.00%、および、
Ni:0.001〜2.00%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1または請求項2に記載のホットスタンプ成形品。 - 前記化学組成が、質量%で、
B:0.0001〜0.0200%、
を含有する、
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のホットスタンプ成形品。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0001〜0.0100%、
Mg:0.0001〜0.0100%、および、
REM:0.0001〜0.1000%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のホットスタンプ成形品。 - 前記化学組成が、質量%で、
Bi:0.0001〜0.0500%、
を含有する、
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のホットスタンプ成形品。 - 表面にめっき層を有する、
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のホットスタンプ成形品。 - 化学組成が、質量%で、
C:0.001%以上0.080%未満、
Si:2.50%以下、
Mn:0.01%以上0.50%未満、
P:0.200%以下、
S:0.0200%以下、
sol.Al:0.001〜2.500%、
N:0.0200%以下、
Cr:0.30%以上2.00%未満、
Ti:0〜0.300%、
Nb:0〜0.300%、
V:0〜0.300%、
Zr:0〜0.300%、
Mo:0〜2.00%、
Cu:0〜2.00%、
Ni:0〜2.00%、
B:0〜0.0200%、
Ca:0〜0.0100%、
Mg:0〜0.0100%、
REM:0〜0.1000%、
Bi:0〜0.0500%、
残部:Feおよび不純物であり、
金属組織が、鉄炭化物を含み、前記鉄炭化物中のMn含有量及びCr含有量が下記(i)式を満足する、
ホットスタンプ用鋼板。
[Mn]θ+[Cr]θ>2.5 ・・・(i)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
[Mn]θ:鉄炭化物に含まれるFe、MnおよびCrの合計含有量を100原子%としたときの、原子%での鉄炭化物中のMn含有量
[Cr]θ:前記鉄炭化物に含まれるFe、MnおよびCrの合計含有量を100原子%としたときの、原子%での鉄炭化物中のCr含有量 - 前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.001〜0.300%、
Nb:0.001〜0.300%、
V:0.001〜0.300%、および、
Zr:0.001〜0.300%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項8に記載のホットスタンプ用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Mo:0.001〜2.00%、
Cu:0.001〜2.00%、および、
Ni:0.001〜2.00%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項8または請求項9に記載のホットスタンプ用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
B:0.0001〜0.0200%、
を含有する、
請求項8から請求項10までのいずれか一項に記載のホットスタンプ用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0001〜0.0100%、
Mg:0.0001〜0.0100%、および、
REM:0.0001〜0.1000%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項8から請求項11までのいずれか一項に記載のホットスタンプ用鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Bi:0.0001〜0.0500%、
を含有する、
請求項8から請求項12までのいずれか一項に記載のホットスタンプ用鋼板。 - 表面にめっき層を有する、
請求項8から請求項13までのいずれか一項に記載のホットスタンプ用鋼板。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のホットスタンプ成形品を製造する方法であって、
請求項8から請求項13までのいずれか一項に記載のホットスタンプ用鋼板を加熱温度T℃まで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記ホットスタンプ用鋼板に対してホットスタンプを行うホットスタンプ工程と、を備える、
ホットスタンプ成形品の製造方法。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のホットスタンプ成形品を製造する方法であって、
請求項8から請求項13までのいずれか一項に記載のホットスタンプ用鋼板を、接合用鋼板と接合して接合鋼板とする接合工程と、
前記接合工程後の接合鋼板を加熱温度T℃まで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記接合鋼板に対してホットスタンプを行うホットスタンプ工程と、を備える、
ホットスタンプ成形品の製造方法。 - 請求項7に記載のホットスタンプ成形品を製造する方法であって、
請求項14に記載のホットスタンプ用鋼板を加熱温度T℃まで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記鋼板に対してホットスタンプを行うホットスタンプ工程と、を備える、
ホットスタンプ成形品の製造方法。 - 請求項7に記載のホットスタンプ成形品を製造する方法であって、
請求項14に記載のホットスタンプ用鋼板を、接合用鋼板と接合して接合鋼板とする接合工程と、
前記接合工程後の接合鋼板を加熱温度T℃まで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記接合鋼板に対してホットスタンプを行うホットスタンプ工程と、を備える、
ホットスタンプ成形品の製造方法。 - 前記加熱工程において、前記加熱温度T℃が、前記ホットスタンプ用鋼板のAc1点を超える温度であり、
前記ホットスタンプ工程において、ホットスタンプ開始温度が(T−300)℃以上の温度である、
請求項15〜18のいずれか一項に記載のホットスタンプ成形品の製造方法。 - 請求項8から請求項14までのいずれか一項に記載のホットスタンプ用鋼板を製造する方法であって、
化学組成が、質量%で、C:0.001%以上0.080%未満、Si:2.50%以下、Mn:0.01%以上0.50%未満、P:0.200%以下、S:0.0200%以下、sol.Al:0.001〜2.500%、N:0.0200%以下、Cr:0.30%以上2.00%未満、Ti:0〜0.300%、Nb:0〜0.300%、V:0〜0.300%、Zr:0〜0.300%、Mo:0〜2.00%、Cu:0〜2.00%、Ni:0〜2.00%、B:0〜0.0200%、Ca:0〜0.0100%、Mg:0〜0.0100%、REM:0〜0.1000%、Bi:0〜0.0500%、残部:Feおよび不純物であるスラブに対して、熱間圧延を施した後、800℃以下の温度域で巻取って熱延鋼板とする熱間圧延工程と、
前記熱延鋼板に650℃を超える温度域まで加熱する熱延板焼鈍を施して熱延焼鈍鋼板とする熱延板焼鈍工程と、を備える、
ホットスタンプ用鋼板の製造方法。 - さらに、前記熱延板焼鈍工程後の前記熱延焼鈍鋼板に、
任意に、冷間圧延、及び焼鈍のいずれかまたは両方を行った後、めっきを行うめっき工程を備える、
請求項20に記載のホットスタンプ用鋼板の製造方法。
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