JPWO2018033960A1 - 熱間プレス成形部材 - Google Patents
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Abstract
Description
(2)上記(1)に記載の熱間プレス成形部材は、単位質量%で、Mo:0.01〜1.00%、Cr:0.05〜2.00%、Ni:0.05〜2.00%、及びCu:0.05〜2.00%からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の熱間プレス成形部材は、単位質量%で、Nb:0.005〜0.300%、Ti:0.005〜0.300%、及びV:0.005〜0.300%からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の熱間プレス成形部材は、単位質量%で、B:0.0001〜0.1000%を含有してもよい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の熱間プレス成形部材は、単位質量%で、Ca:0.0005〜0.0100%、Mg:0.0005〜0.0100%、及びREM:0.0005〜0.0100%からなる群から選択される1種以上を含有してもよい。
以下、本実施形態に係る高強度熱間プレス成形部材の実施形態を詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る高強度熱間プレス成形部材(以下、部材と称する場合がある)の、成分の限定理由について説明する。なお、本明細書において、化学成分の単位「%」は「質量%」を意味する。
炭素(C)は、部材の強度を上昇させ、かつ、所定量以上の残留オーステナイトを確保するために必須の元素である。C含有量が0.100%未満であると、部材の引張強さ及び延性を確保することが難しくなる。一方、C含有量が0.600%を超えると、部材のスポット溶接性の確保が困難となり、さらに部材の延性が低下するおそれもある。以上の理由により、C含有量は0.100〜0.600%とする。なお、C含有量の下限値は、好ましくは0.150%、0.180%、または0.200%である。C含有量の上限値は、好ましくは0.500%、0.480%、または0.450%である。
珪素(Si)は、強化元素であり、部材の強度を上昇させることに有効である。また、Siはマルテンサイト中におけるセメンタイトの析出及び粗大化を抑制し、これにより部材の高強度化及び曲げ性の向上に寄与する。さらに、Siは、オーステナイト中のC濃度を高めて、所定量以上の残留オーステナイトの確保に寄与し、ひいては、部材を一時冷却した後の再加熱保持時のセメンタイトの析出の抑制に寄与する元素である。
マンガン(Mn)は、強化元素であり、部材の強度を上昇させることに有効である。Mn含有量が1.00%未満では、部材の冷却時に、フェライト、パーライト及びセメンタイトが生成してしまい、部材の強度を高めることが困難となる。一方、Mn含有量が5.00%を超えると、MnとP及びSとの共偏析が生じやすくなり、部材の加工性が著しく低下する。以上の理由により、Mn含有量は1.00〜5.00%とする。なお、Mn含有量の下限値は、好ましくは1.80%、2.00%、または2.20%である。Mn含有量の上限値は、好ましくは4.50%、4.00%、または3.50%である。
りん(P)は、部材を構成する鋼板の板厚中央部(圧延面から部材の板厚の約3/8の深さの面と約5/8の深さの面との間の領域)に偏析する傾向があり、部材を溶接する際に形成される溶接部を脆化させる元素である。P含有量が0.040%を超えると溶接部の脆化が顕著になるので、P含有量は0.040%以下とする。なお、P含有量の好ましい上限値は、0.010%、0.009%、または0.008%である。また、P含有量の下限値を特に定める必要は無いので、P含有量の下限値を0%としてもよい。しかし、P含有量を0.0001%未満とすることは経済的に不利であるので、P含有量の下限値は0.0001%としてもよい。
硫黄(S)は、部材の溶接性と、部材を構成する鋼板の鋳造時及び熱延時の製造性とに悪影響を及ぼす元素である。また、Sは、粗大なMnSを形成して、部材の曲げ性及び穴拡げ性等を阻害する元素である。S含有量が0.0500%を超えると、上記の悪影響及び阻害が顕著になるので、S含有量は0.0500%以下とする。なお、S含有量の好ましい上限値は、0.0100%、0.0080%、または0.0050%である。また、Sの下限値を特に定める必要は無いので、S含有量の下限値を0%としてもよい。しかし、S含有量を0.0001%未満とすることは経済的に不利であるので、S含有量の下限値は、0.0001%としてもよい。
アルミニウム(Al)は、Siと同様に、セメンタイトの析出及び粗大化等の抑制に有効な元素である。また、Alは、脱酸剤としても活用可能な元素である。Al含有量が0.001%未満では、上述の効果が発現しない。一方、Al含有量が2.000%を超えると、Al系の粗大介在物の個数が増大して、鋼板の曲げ性劣化の原因、及び鋼板の表面に傷が発生する原因となる。以上の理由により、Al含有量は0.001〜2.000%とする。なお、Al含有量の下限値は、好ましくは、0.010%、0.020%、または0.030%である。Al含有量の上限値は、好ましくは1.500%、1.200%、1.000%、0.250%、又は0.050%である。
窒素(N)は、粗大な窒化物を形成し、部材の曲げ性及び穴拡げ性を低下させる元素である。さらにNは、部材溶接時のブローホール発生の原因となる元素である。N含有量が0.0100%を超えると、部材の曲げ性及び穴拡げ性の低下が顕著となるだけでなく、部材の溶接時に多数のブローホールが発生するので、Nの含有量は0.0100%以下とする。なお、N含有量の好ましい上限値は0.0070%、0.0050%、または0.0030%である。また、N含有量の下限値は、特に定める必要が無いので、0%としてもよい。しかし、N含有量を0.0005%未満とすることは、製造コストの大幅な増加を招くので、N含有量の下限値を0.0005%としてもよい。
酸素(O)は、酸化物を形成し、部材の破断伸び、曲げ性、及び穴拡げ性等を低下させる元素である。特に、酸化物が部材の打抜き端面又は切断面に介在物として存在すると、酸化物が切欠き状の傷及び粗大なディンプル等を形成して、穴拡げ時及び強加工時等に応力集中を招いて亀裂を発生させ、穴拡げ性及び/又は曲げ性を大幅に低下させる。
モリブデン(Mo)は、強化元素であり、部材を構成する鋼板の焼入れ性向上に寄与する元素である。この効果を得るために、Mo含有量の下限値を0.01%としてもよい。一方、Mo含有量が1.00%を超えると、鋼板の製造時及び熱延時の製造性が阻害される場合がある。以上の理由により、Mo含有量は0.01%以上1.00%以下とすることが好ましい。なお、Mo含有量のさらに好ましい下限値は0.05%、0.10%、または0.15%である。Mo含有量のさらに好ましい上限値は0.60%、0.50%、または0.40%である。
クロム(Cr)は、強化元素であり、部材を構成する鋼板の焼入れ性向上に寄与する元素である。この効果を得るために、Cr含有量の下限値を0.05%としてもよい。一方、Cr含有量が2.00%を超えると、鋼板の製造時及び熱延時の製造性が阻害される場合がある。以上の理由により、Cr含有量は0.05%以上2.00%以下とすることが好ましい。なお、Cr含有量のさらに好ましい下限値は0.10%、0.15%、または0.20%である。Cr含有量のさらに好ましい上限値は1.80%、1.60%、または1.40%である。
ニッケル(Ni)は、強化元素であり、部材を構成する鋼板の焼入れ性向上に寄与する元素である。また、Niは、鋼板の濡れ性の向上及び合金化反応の促進に寄与する元素である。これら効果を得るために、Ni含有量の下限値を0.05%としてもよい。一方、Ni含有量が2.00%を超えると、鋼板の製造時及び熱延時の製造性が阻害される場合がある。以上の理由により、Ni含有量は0.05%以上2.00%以下とすることが好ましい。なお、Ni含有量のさらに好ましい下限値は0.10%、0.15%、または0.20%である。Ni含有量のさらに好ましい上限値は1.80%、1.60%、または1.40%である。
銅(Cu)は、強化元素であり、部材を構成する鋼板の焼入れ性向上に寄与する元素である。また、Cuは、鋼板の濡れ性の向上及び合金化反応の促進に寄与する元素である。これら効果を得るために、Cu含有量の下限値を0.05%としてもよい。一方、Cu含有量が2.00%を超えると、鋼板の製造時及び熱延時の製造性が阻害される場合がある。以上の理由により、Cu含有量は0.05%以上2.00%とすることが好ましい。なお、Cu含有量のさらに好ましい下限値は、0.10%、0.15%、または0.20%である。Cu含有量のさらに好ましい上限値は1.80%、1.60%、または1.40%である。
ニオブ(Nb)は、強化元素であり、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化、及び再結晶の抑制による転位強化により、部材の強度上昇に寄与する元素である。これら効果を得るために、Nb含有量の下限値を0.005%としてもよい。一方、Nb含有量が0.300%を超えると、炭窒化物が過剰に析出して部材の成形性が低下する場合がある。以上の理由により、Nbの含有量は0.005%以上0.300%以下とすることが好ましい。なお、Nb含有量のさらに好ましい下限値は、0.008%、0.010%、または0.012%である。Nb含有量のさらに好ましい上限値は0.100%、0.080%、または0.060%である。
チタン(Ti)は、強化元素であり、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化、及び再結晶の抑制による転位強化により、部材の強度上昇に寄与する元素である。これら効果を得るために、Ti含有量の下限値を0.005%としてもよい。一方、Ti含有量が0.300%を超えると、炭窒化物が過剰に析出して部材の成形性を低下させる場合がある。以上の理由により、Ti含有量は0.005%以上0.300%以下とすることが好ましい。なお、Ti含有量のさらに好ましい下限値は、0.010%、0.015%、または0.020%である。Ti含有量のさらに好ましい上限値は0.200%、0.150%、または0.100%である。
バナジウム(V)は、強化元素であり、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化、及び再結晶の抑制による転位強化により、部材の強度上昇に寄与する元素である。これら効果を得るために、V含有量の下限値を0.005%としてもよい。一方、V含有量が0.300%を超えると、炭窒化物が過剰に析出して部材の成形性を低下させる場合がある。以上の理由により、V含有量は0.005%以上0.300%以下とすることが好ましい。なお、V含有量のさらに好ましい下限値は0.010%、0.015%、または0.020%である。V含有量のさらに好ましい上限値は0.200%、0.150%、または0.100%である。
ホウ素(B)は、粒界の強度の改善及び鋼の高強度化等に有効な元素である。これら効果を得るために、B含有量の下限値を0.0001%としてもよい。一方、B含有量が0.1000%を超えると、上述の効果が飽和するばかりでなく、鋼板の熱延時の製造性が阻害される場合がある。以上の理由により、B含有量は0.0001%以上0.1000%以下とすることが好ましい。なお、B含有量のさらに好ましい下限値は0.0003%、0.0005%、または0.0007%である。B含有量のさらに好ましい上限値は0.0100%、0.0080%、または0.0060%である。
(Mg:0〜0.0100%)
(REM:0〜0.0100%)
Ca、Mg、及びREM(Rare Earth Metal)は、鋼板の脱酸に有効な元素である。この効果を得るために、0.0005%以上のCa、0.0005%以上のMg、及び0.0005%以上のREMからなる群から選択される一種以上が部材に含有されても良い。一方、Ca、Mg、及びREMそれぞれの含有量が0.0100%を超えると、部材の加工性が阻害される。以上の理由により、Ca、Mg、及びREMの含有量は、それぞれ、0.0005%以上0.0100%以下であることが好ましい。なお、Ca含有量、Mg含有量、及びREM含有量それぞれのさらに好ましい下限値は、0.0010%、0.0020%、または0.0030%である。Ca含有量、Mg含有量、及びREM含有量それぞれのさらに好ましい上限値は、0.0090%、0.0080%、または0.0070%である。また、Ca、Mg、及びREMからなる群から選択される2種類以上が部材に含有される場合には、Ca、Mg、及びREMの合計含有量が0.0010%以上0.0250%以下であることが好ましい。
本実施形態に係る部材の化学成分の残部は、鉄及び不純物を含む。不純物とは、部材の原材料に含まれる成分、或いは部材の製造の過程で混入される成分であって、部材の諸特性に影響を及ぼさない成分をいう。具体的には、P、S、O、Sb、Sn、W、Co、As、Pb、Bi及びH等が不純物として挙げられる。これらのうち、P、S及びOは、上述のとおり制御する必要がある。また、通常の製造方法によれば、Sb、Sn、W、Co、及びAsは0.1%以下、Pb及びBiは0.010%以下、Hは0.0005%以下の範囲内で不純物として鋼材に混入し得るが、この範囲内であれば、特にこれら元素の含有量を制御する必要はない。
次に、本実施形態に係る高強度熱間プレス成形部材の、ミクロ組織の限定理由について説明する。なお、本明細書において、各組織の割合の単位「%」は「体積分率(体積%)」を意味する。また、本実施形態に係る部材のミクロ組織は、部材の1/4部において規定される。圧延面と中心面との間に位置する1/4部は、部材の典型的な構成を有するからである。本明細書において、特に断りが無い限り、ミクロ組織に関する記載は1/4部におけるミクロ組織に関する。また、本実施形態に係る部材は、加工を受けている箇所と受けていない箇所とを有するが、両者のミクロ組織は略同一である。
焼戻しマルテンサイトは、鋼を強化する組織であって、本実施形態に係る部材の強度を確保するために含ませる組織である。焼戻しマルテンサイトの体積分率が20%未満では、部材の強度が不足する。一方、焼戻しマルテンサイトの体積分率が90%を超えると、部材の延性及び曲げ性の確保のために必要なベイナイト及びオーステナイトが不足する。以上の理由により、焼戻しマルテンサイトの体積分率は、20%以上90%以下とする。なお、焼戻しマルテンサイトの体積分率の好ましい下限値は25%、30%、または35%である。焼戻しマルテンサイトの体積分率の好ましい上限値は85%、80%、または75%である。
ベイナイトは、部材の曲げ性を向上させるために重要な組織である。通常、部材が硬質なマルテンサイトと延性に優れる残留オーステナイトとからなる組織を有する場合、マルテンサイトと残留オーステナイトとの硬度差に起因して、部材の変形時にマルテンサイトへの応力集中が生ずる。この応力集中により、マルテンサイトと残留オーステナイトとの界面にボイドが形成され、その結果、部材の曲げ性が低下するおそれがある。しかしながら、部材がマルテンサイト及び残留オーステナイトに加えてベイナイトを含む組織を有する場合には、ベイナイトが組織間硬度差を小さくし、これにより、マルテンサイトへの応力集中が緩和されて、部材の曲げ性が向上する。
残留オーステナイトは、部材の延性を確保するために重要な組織である。残留オーステナイトは、鋼板のプレス成形時にマルテンサイトへと変態することで、優れた加工硬化及び高い均一伸びを鋼板にもたらす。残留オーステナイトの体積分率が5%未満では均一伸びが十分に得られず、優れた成形性の確保が難しい。一方、残留オーステナイトの体積分率が25%を超えると、鋼板の強度及び穴拡げ性の確保に必要なマルテンサイトとベイナイトとが不足する。以上の理由により、残留オーステナイトの体積分率は、5%以上25%以下とする。なお、残留オーステナイトの体積分率の好ましい下限値は7%、10%、または12%である。残留オーステナイトの体積分率の好ましい上限値は22%、20%、または18%である。
フェライトは、軟質な組織であるため、その体積分率はできる限り少ないことが好ましい。従って、フェライトの体積分率の下限値は0%である。フェライトの体積分率が10%を超えると、鋼板の強度を確保することが困難となる。従って、フェライトの体積分率は10%以下に制限される。なお、フェライトの体積分率の好ましい上限値は8%、5%、または3%である。
次に、本実施形態に係る高強度熱間プレス成形部材の、極密度の限定理由について説明する。なお本実施形態に係る部材の極密度は、部材の典型的な構成を有する、部材の1/4部において規定される。本明細書において、特に断りが無い限り、極密度に関する記載は1/4部における極密度に関する。また、本実施形態に係る部材は、加工を受けている箇所と受けていない箇所とを有するが、両者における極密度は略同一である。
図1は、ODF(φ2=45°断面)上の主な結晶方位の位置を示す図である。通常、圧延面に垂直な結晶方位を(hkl)又は{hkl}との表記で表示し、圧延方向に平行な結晶方位を[uvw]又は<uvw>との表記で表示する。{hkl}及び<uvw>は、等価な面及び方位の総称であり、(hkl)及び[uvw]は個々の結晶面を示す。
次に、本実施形態に係る高強度熱間プレス成形部材の製造方法を詳細に説明する。この高強度熱間プレス成形部材の製造方法は、上述した化学成分からなる冷延鋼板又は焼鈍鋼板である熱間プレス用素板を、最高加熱温度がAc3点以上に加熱する、加熱工程と、熱間プレス用素板に熱間プレス成形を行うと同時に、(Ms点−250℃)以上Ms点以下の温度範囲まで冷却する、熱間プレス成形・冷却工程と、を必須の工程として順次行う。また、本実施形態の高強度熱間プレス成形部材の製造方法は、これらの工程とは別に、上記熱間プレス成形・冷却工程の後、300〜500℃の温度域に部材を再加熱し、次いで再加熱温度域に部材を10〜1000秒保持した後、部材を室温まで冷却する、再加熱工程を任意選択的に行う。以下、各工程について説明する。なお、以下では、上記加熱工程前に行われる、熱間プレス用素板の準備工程についても併せて言及する。
本実施形態に係る部材の製造方法の説明において「加熱速度」及び「冷却速度」とは、温度Tを時間tで微分して得られるdT/dt(時刻tにおける瞬間速度)を意味する。例えば、「A℃からB℃までの温度範囲での加熱速度をX〜Y℃/秒にする」という記載は、温度TがA℃からB℃まで変化する間のdT/dtが常にX〜Y℃/秒の範囲内であることを意味する。
本工程は、後述する加熱工程に供する熱間プレス用素板(冷延鋼板又は焼鈍鋼板)を得る、準備工程である。鋳造に先行する各製造処理は、特に限定するものではない。即ち、高炉、電炉等による溶製に引き続いて、各種の二次製錬を行ってもよい。鋳造したスラブは、一度低温まで冷却した後、再度加熱してから熱間圧延してもよいし、連続的に(即ち、冷却及び再加熱を行わずに)熱延してもよい。熱間圧延では、920℃以下での温度領域での総圧下率を25%以上とすることが重要である。その理由は、以下の通りである。
(1)920℃超の温度領域における圧延は、圧延時または次の圧延までの空想時間中に再結晶が進行するので、ひずみを鋼に蓄積させ難く、その結果、集合組織の形成に十分に寄与しない可能性がある。
(2)920℃以下の温度領域における総圧下率が25%未満である場合、圧延による結晶回転効果が十分に得られないので、集合組織が十分に形成されない可能性が高い。
一方、冷間圧延の総圧下率が90%を超えると、再結晶の駆動力が高くなり過ぎて、後述する熱間プレスの加熱工程の際にフェライトが再結晶してしまう。後述する熱間プレスの加熱工程では、熱間プレス用素板がAc3点以上の温度まで加熱されるが、Ac3点に到達するまで熱間プレス用素板に未再結晶フェライトが残存していることが必要である。冷間圧延の総圧下率が90%を超える場合、この条件が達成されなくなる。また、上記総圧下率が90%を超えると、冷延荷重が大きくなり過ぎて冷延が困難となる。なお、冷間圧延の総圧下率rは、冷間圧延の終了後の板厚h1(mm)と、冷間圧延の開始前の板厚h2(mm)とを以下の式1に代入することにより求められる。
r=(h2−h1)/h2……(式1)
本工程は、上記準備工程を経て得られた冷延鋼板又は焼鈍鋼板である熱間プレス用素板を、Ac3点以上に加熱する工程である。熱間プレス用素板の最高加熱温度は、Ac3点以上とする。最高加熱温度がAc3点未満であると、高強度熱間プレス成形部材に多量のフェライトが生成するので、高強度熱間プレス成形部材の強度を確保することが難い。このことから、Ac3点を最高加熱温度の下限とする。一方、過度の高温加熱は、コストの上昇を招くことから経済的に好ましくないばかりでなく、プレス金型の寿命を低下させる等のトラブルを誘発することから、最高加熱温度はAc3点+50℃以下とすることが好ましい。
熱間プレス工程では、上記加熱工程を経た熱間プレス用素板に、熱間プレス成形手段(例えば金型)を用いて熱間プレス成形を行うと同時に、熱間プレス成形手段に設けられた冷却手段(例えば金型内の管路を流れる冷媒)等を用いて、(Ms点−250℃)以上Ms点以下の温度範囲まで冷却する。熱間プレス成形については、公知のいかなる方法を用いることもできる。
再加熱工程は、上記熱間プレス成形・冷却工程を経た部材を、300〜500℃の温度域に再加熱し、次いで部材を再加熱温度域に10〜1000秒保持した後、部材を再加熱温度域から室温まで冷却する工程である。当該再加熱は、通電加熱や誘導加熱を用いて行うことができる。再加熱工程は、任意選択的な工程であり、再加熱工程における保持とは、等温保持のみならず、上記温度域での徐冷や加熱も含む。従って、再加熱工程における保持時間とは、部材が再加熱温度域内にある期間の長さを意味する。
Claims (5)
- 単位質量%で、
C:0.100〜0.600%、
Si:1.00〜3.00%、
Mn:1.00〜5.00%、
P:0.040%以下、
S:0.0500%以下、
Al:0.001〜2.000%、
N:0.0100%以下、
O:0.0100%以下、
Mo:0〜1.00%、
Cr:0〜2.00%、
Ni:0〜2.00%、
Cu:0〜2.00%、
Nb:0〜0.300%、
Ti:0〜0.300%、
V:0〜0.300%、
B:0〜0.1000%、
Ca:0〜0.0100%、
Mg:0〜0.0100%、及び
REM:0〜0.0100%
を含有し、
残部が鉄及び不純物からなり、
板厚1/4部におけるミクロ組織が、単位体積%で、焼戻しマルテンサイト:20〜90%、ベイナイト:5〜75%、及び残留オーステナイト:5〜25%を含み、且つフェライトが10%以下に制限され、
前記板厚1/4部における{211}<011>方位の極密度が3.0以上である
ことを特徴とする熱間プレス成形部材。 - 単位質量%で、
Mo:0.01〜1.00%、
Cr:0.05〜2.00%、
Ni:0.05〜2.00%、及び
Cu:0.05〜2.00%
からなる群から選択される1種以上を含有する
ことを特徴する請求項1に記載の熱間プレス成形部材。 - 単位質量%で、
Nb:0.005〜0.300%、
Ti:0.005〜0.300%、及び
V:0.005〜0.300%
からなる群から選択される1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成形部材。 - 単位質量%で、
B:0.0001〜0.1000%
を含有する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の熱間プレス成形部材。 - 単位質量%で、
Ca:0.0005〜0.0100%、
Mg:0.0005〜0.0100%、及び
REM:0.0005〜0.0100%
からなる群から選択される1種以上を含有する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の熱間プレス成形部材。
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