TWI507536B - A hot-pressed steel sheet member, a method for manufacturing the same, and a steel sheet for hot pressing - Google Patents

A hot-pressed steel sheet member, a method for manufacturing the same, and a steel sheet for hot pressing Download PDF

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TWI507536B
TWI507536B TW102148406A TW102148406A TWI507536B TW I507536 B TWI507536 B TW I507536B TW 102148406 A TW102148406 A TW 102148406A TW 102148406 A TW102148406 A TW 102148406A TW I507536 B TWI507536 B TW I507536B
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Koutarou Hayashi
Toshinobu Nishibata
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Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
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Description

熱壓鋼板構件、其製造方法及熱壓用鋼板 技術領域
本發明係有關於使用於機械構造零件等之熱壓鋼板構件、其製造方法及熱壓用鋼板。
 背景技術
為使汽車輕量化，正追求使用於車體之鋼材的高強度化，並努力地減少鋼材之使用重量。於廣泛使用於汽車之薄鋼板中，一般而言，隨著強度增加，壓製成形性下降，而不易製造形狀複雜之零件。例如，隨著延性下降加工度高之部位斷裂、或回彈過大造成尺寸精度劣化。因此，壓製高強度鋼板，特別是，藉由壓製成形具980MPa以上之抗拉強度的鋼板以製造零件係為困難。若不利用壓製成形，而利用輥壓成形的話，雖可輕易地加工高強度之鋼板，但僅適用於長度方向上具有相同截面的零件。
於專利文獻1~4中記載了一種利用熱壓以於高強度鋼板中得到高成形性為目的的方法。利用熱壓，以高精度成形高強度鋼板，可得到高強度之熱壓鋼板構件。
另一方面，熱壓鋼板構件亦追求提升延性。但，專利文獻1~4所記載之方法所得的鋼板之鋼組織實質上係 麻田散鐵單相，不易提升延性。
又，專利文獻5~7中記載了以提升延性為目的的熱壓鋼板構件，但利用該等以往之熱壓鋼板構件不易兼具強度及延性。
專利文獻8中亦記載了一種以提升延性為目的之熱壓鋼板構件。然而，製造該熱壓鋼板構件需要繁雜之控制，而存在有生產性下降及製造成本上升等其他問題。
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：日本專利特開平10-96031號公報
專利文獻3：日本專利特開2009-197253號公報
專利文獻4：日本專利特開2009-35793號公報
專利文獻5：日本專利特開2010-65292號公報
專利文獻6：日本專利特開2010-65293號公報
專利文獻7：日本專利特表2010-521584號公報
專利文獻8：日本專利特開2010-131672號公報
 發明概要
本發明之目的係提供即使不進行繁雜之控制，仍可得到優異之強度及延性的熱壓鋼板構件、其製造方法及熱壓用鋼板。
本申請案發明人為解決前述課題反覆地致力檢討之結果，發現藉於適當之條件下以熱壓等處理具有含預定量之C及Mn，且更含有較多之Ti的化學組成，並具有預定之鋼組織的熱壓用鋼板，即使不進行如專利文獻8所記載之繁雜的控制，仍可得鋼組織包含肥粒鐵及麻田散鐵之複相組織的熱壓鋼板構件。本申請案發明人更發現該熱壓鋼板構件具有980MPa以上之高抗拉強度，並具有優異之延性。並且，本申請案發明人思及以下所示之發明諸態樣。
(1)一種熱壓鋼板構件，具有以下所示之化學組成：以質量%計，C：0.10%~0.24%、Si：0.001%~2.0%、Mn：1.2%~2.3%、sol.Al：0.001%~1.0%、Ti：0.060%~0.20%、P：0.05%以下、S：0.01%以下、N：0.01%以下、Nb：0%~0.20%、V：0%~0.20%、Cr：0%~1.0%、Mo：0%~0.15%、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%~0.005%、Bi：0%~0.01%、剩餘部分：Fe及不純物；以面積%計，具有肥粒鐵：10%~70%、麻田散鐵：30%~90%、肥粒鐵及麻田散鐵之合計面積率：90%~100%的鋼組織；鋼中之總Ti之中的90%以上會析出，且抗拉強度係980MPa以上。
(2)如(1)記載之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有選自於由以下所構成群組中之1種或2種以上：Nb：0.003%~0.20%、V：0.003%~0.20%、Cr：0.005%~1.0%、Mo：0.005%~0.15%、Cu：0.005%~1.0%、及Ni：0.005%~1.0%。
(3)如(1)或(2)記載之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有選自於由以下所構成群組中之1種 或2種以上：Ca：0.0003%~0.01%、Mg：0.0003%~0.01%、REM：0.0003%~0.01%、及Zr：0.0003%~0.01%。
(4)如(1)~(3)之任一項記載的熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有B：0.0003%~0.005%。
(5)如(1)~(4)之任一項記載的熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
(6)一種熱壓用鋼板，具有以下所示之化學組成：以質量%計，C：0.10%~0.24%、Si：0.001%~2.0%、Mn：1.2%~2.3%、sol.Al：0.001%~1.0%、Ti：0.060%~0.20%、P：0.05%以下、S：0.01%以下、N：0.01%以下、Nb：0%~0.20%、V：0%~0.20%、Cr：0%~1.0%、Mo：0%~0.15%、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%~0.005%、Bi：0%~0.01%、剩餘部分：Fe及不純物；且鋼中之總Ti之中的70%以上會析出。
(7)如(6)記載之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有選自於由以下所構成群組中之1種或2種以上：Nb：0.003%~0.20%、V：0.003%~0.20%、Cr：0.005%~1.0%、Mo：0.005%~0.15%、Cu：0.005%~1.0%、及Ni：0.005%~1.0%。
(8)如(6)或(7)記載之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有選自於由以下所構成群組中之1種或2種以上：Ca：0.0003%~0.01%、Mg：0.0003%~0.01%、REM：0.0003%~0.01%、及Zr：0.0003%~0.01%。
(9)如(6)~(8)之任一項記載的熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有B：0.0003%~0.005%。
(10)如(6)~(9)之任一項記載的熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
(11)一種熱壓鋼板構件之製造方法，具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如(6)~(10)之任一項記載的熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步驟；前述第1冷卻中，以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵，且前述第2冷卻中，係以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
藉由本發明，即使不進行繁雜之控制，仍可得到高抗拉強度且優異之延性。
圖1係顯示實施形態之熱壓鋼板構件之金屬組織照片的圖。
 用以實施發明之形態
以下，說明本發明之實施形態。本發明之實施形 態係有關於一種抗拉強度980MPa以上的熱壓鋼板構件。
首先，說明本發明實施形態之熱壓鋼板構件(以下，稱作「鋼板構件」)及其製造所使用之熱壓用鋼板的化學組成。於以下說明中，鋼板構件或熱壓用鋼板所含之各元素的含量單位「%」，若無特別說明則係「質量%」之意。
本實施形態之鋼板構件及其製造所使用之熱壓用鋼板的化學組成，以質量%計，係C：0.10%~0.24%、Si：0.001%~2.0%、Mn：1.2%~2.3%、sol.Al：0.001%~1.0%、Ti：0.060%~0.20%、P：0.05%以下、S：0.01%以下、N：0.01%以下、Nb：0%~0.20%、V：0%~0.20%、Cr：0%~1.0%、Mo：0%~0.15%、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%~0.005%、Bi：0%~0.01%、剩餘部分：Fe及不純物。不純物可舉礦石或廢料等原材料中所含者、於製造步驟中所含者為例。
(C：0.10%~0.24%)
C係提高熱壓用鋼板之可硬化性，且主要決定鋼板構件強度之非常重要的元素。鋼板構件之C含量小於0.10%時，不易確保980MPa以上之抗拉強度。因此，將C含量設為0.10%以上。熱壓用鋼板之C含量大於0.24%時，鋼板構件之鋼組織係麻田散鐵單相，延性之劣化係為顯著。因此，將C含量設為0.24%以下。由熔接性之觀點來看，鋼板構件之C含量以0.21%以下為佳，較佳者係0.18%以下。
(Si：0.001%~2.0%)
Si係有效提升鋼板構件之強度及延性的元素。Si含量小於0.001%時，不易得到前述作用。因此，將Si含量設為0.001%以上。Si含量大於2.0%時，利用前述作用之效果達到飽和，於經濟上係為不利，且鍍敷濕潤性下降變得顯著，頻產生未鍍敷。因此，將Si含量設為2.0%以下。由更加提升延性之觀點來看，Si含量以0.05%以上為佳。由提升熔接性之觀點來看，Si含量以0.2%以上為佳。由使熱壓時作為沃斯田鐵單相的溫度為較低溫之觀點來看，Si含量以0.6%以下為佳。該溫度若為較低溫，可得縮短加熱時間、提升生產性、降低製造成本、及抑制加熱爐之損傷等效果。
(Mn：1.2%~2.3%)
Mn係非常有效地提升熱壓用鋼板之可硬化性及確保鋼板構件之強度的元素。Mn含量小於1.2%時，不易得到前述作用。因此，將Mn含量設為1.2%以上。Mn含量大於2.3%時，鋼板構件之鋼組織係麻田散鐵單相，延性之劣化係為顯著。因此，將Mn含量設為2.3%以下。由使熱壓時作為沃斯田鐵單相的溫度為較低溫(例如860℃以下)之觀點來看，Mn含量以1.4%以上為佳。由抑制鋼板構件之鋼組織為顯著的帶狀，以得到良好之彎曲性的觀點來看，Mn含量以2.2%以下為佳，較佳者係2.1%以下。
(sol.Al(酸溶性Al)：0.001%~1.0%)
Al係具有使鋼脫氧以健全化鋼材之作用的元素。Al亦具有提升Ti等碳氮化物形成元素之良率的作用。sol.Al含 量小於0.001%時，將不易得到前述作用。因此，將sol.Al含量設為0.001%以上。為更確實地得到前述作用，sol.Al含量以0.015%以上為佳。sol.Al含量大於1.0%時，熔接性下降將變得顯著，且氧化物系夾雜物增加，表面組織之劣化變得顯著。因此，將sol.Al含量設為1.0%以下。為得到較良好之表面組織，sol.Al含量以0.080%以下為佳。
(Ti：0.060%~0.20%)
Ti係熱壓時促進肥粒鐵變態之元素。藉由促進肥粒鐵變態，將顯著地提升鋼板構件之延性。又，Ti將作為碳化物、氮化物、或碳氮化物微細地析出，微細化鋼板構件的鋼組織。Ti含量小於0.060%時，未能充分地促進肥粒鐵變態，鋼板構件之鋼組織容易變成麻田散鐵單相，未能得到充分之延性。因此，將Ti含量設為0.060%以上。由更加提升延性之觀點來看，Ti含量以0.075%以上為佳。Ti含量大於0.20%時，用以得到熱壓用鋼板之鑄造時及熱軋延時將形成粗大之碳氮化物，韌性之劣化變得顯著。因此，將Ti含量設為0.20%以下。由確保優異之韌性的觀點來看，Ti含量以0.18%以下為佳，較佳者係0.15%以下。
(P：0.05%以下)
P並非必須元素，例如，於鋼中作為不純物而含有。由熔接性之觀點來看，P含量越低越佳。特別是，P含量大於0.05%時，熔接性將顯著地下降。因此，將P含量設為0.05%以下。為確保更良好之熔接性，P含量以0.018%以下為佳。另一方面，P具有藉由固溶強化提高鋼之強度的作 用。為得到該作用，亦可含有0.003%以上之P。
(S：0.01%以下)
S並非必須元素，例如，於鋼中作為不純物而含有。由熔接性之觀點來看，S含量越低越佳。特別是，S含量大於0.01%時，熔接性將顯著地下降。因此，將S含量設為0.01%以下。為確保更良好之熔接性，S含量以0.003%以下為佳，較佳者係0.0015%以下。
(N：0.01%以下)
N並非必須元素，例如，於鋼中作為不純物而含有。由熔接性之觀點來看，N含量越低越佳。特別是，N含量大於0.01%時，熔接性將顯著地下降。因此，將N含量設為0.01%以下。為確保更良好之熔接性，N含量以0.006%以下為佳。
Nb、V、Cr、Mo、Cu、Ni、Ca、Mg、REM、Zr、B、及Bi並非必須元素，係亦可於鋼板構件及熱壓用鋼板中有限度並適當地含有預定量的任意元素。
(Nb：0%~0.20%、V：0%~0.20%、Cr：0%~1.0%、Mo：0%~0.15%、Cu：0%~1.0%、Ni：0%~1.0%)
Nb、V、Cr、Mo、Cu、及Ni均係提高熱壓用鋼板之可硬化性，可有效確保鋼板構件強度之穩定的元素。因此，亦可含有選自於由該等元素所構成群組中之1種或2種以上。但，Nb及V任一之含量大於0.20%時，不僅用以得到熱壓用鋼板之熱軋延及冷軋延變得困難，鋼板構件之鋼組織將成為麻田散鐵單相，延性之劣化係為顯著。因此，將 Nb含量及V含量均設為0.20%以下。Cr之含量大於1.0%時，將不易確保穩定之強度。因此，將Cr含量設為1.0%以下。Mo之含量大於0.15%時，鋼板構件之鋼組織將成為麻田散鐵單相，延性之劣化變得顯著。因此，將Mo含量設為0.15%以下。Cu及Ni任一之含量為1.0%時，利用前述作用之效果達到飽和，於經濟上係為不利，且用以得到熱壓用鋼板之熱軋延及冷軋延變得困難。因此，將Cu含量及Ni含量均設為1.0%以下。為確保鋼板構件強度之穩定，Nb含量及V含量均以0.003%以上為佳，Cr含量、Mo含量、Cu含量、及Ni含量均以0.005%以上為佳。換言之，以滿足「Nb：0.003%~0.20%」、「V：0.003%~0.20%」、「Cr：0.005%~1.0%」、「Mo：0.005%~0.15%」、「Cu：0.005%~1.0%」、及「Ni：0.005%~1.0%」中之至少一者為佳。
(Ca：0%~0.01%、Mg：0%~0.01%、REM：0%~0.01%、Zr：0%~0.01%)
Ca、Mg、REM、及Zr均係有助於控制夾雜物，特別是，有助於夾雜物之微細分散化，具有提高韌性之作用的元素。因此，亦可含有選自於由該等元素所構成群組中之1種或2種以上。但，任一之含量大於0.01%時，有表面組織明顯劣化的情形。因此，將Ca含量、Mg含量、REM含量、及Zr含量均設為0.01%以下。為提升韌性，Ca含量、Mg含量、REM含量、及Zr含量均以0.0003%以上為佳。換言之，以滿足「Ca：0.0003%~0.01%」、「Mg：0.0003%~0.01%」、「REM：0.0003%~0.01%」、及「Zr： 0.0003%~0.01%」中之至少一者為佳。
REM(稀土金屬)係指Sc、Y及鑭等合計17種之元素，「REM含量」係該等17種元素合計的含量之意。鑭於工業上係以例如，稀土金屬合金的形式添加。
(B：0%~0.005%)
B係具有提高鋼板韌性之作用的元素。因此，亦可含有B。但，B含量大於0.005%時，鋼板構件之鋼組織成為麻田散鐵單相，延性之劣化係為顯著。又，熱加工性劣化，有用以得到熱壓用鋼板之熱軋延變得困難的情形。因此，將B含量設為0.005%以下。為提升韌性，B含量以0.0003%以上為佳。換言之，B含量以0.0003%~0.005%為佳。
(Bi：0%~0.01%)
Bi係具有使鋼組織均一，提高延性之作用的元素。因此，亦可含有Bi。但，Bi含量大於0.01%時，熱加工性劣化，用以得到熱壓用鋼板之熱軋延變得困難。因此，將Bi含量設為0.01%以下。為提升延性，Bi含量以0.0003%以上為佳。換言之，Bi含量以0.0003%~0.01%為佳。
接著，說明本實施形態之鋼板構件的鋼組織及該鋼板構件中之析出物。該鋼板構件以面積%計，具有肥粒鐵：10%~70%、麻田散鐵：30%~90%、肥粒鐵及麻田散鐵之合計面積率：90%~100%的鋼組織。又，析出有鋼中之總Ti之中的90%以上。另，與鋼組織相關之數值，例如，可以距離鋼板構件表面之深度為鋼板構件厚度的1/4之處(以下，將該處稱作「1/4深度位置」)的鋼組織之相關數值代表 鋼板構件之厚度方向全體的平均值。例如，鋼板構件之厚度為2.0mm時，可以距離表面之深度為0.50mm之處的數值代表。這是因為，1/4深度位置之鋼組織係表示鋼板構件厚度方向的平均鋼組織。
(肥粒鐵之面積率：10%~70%)
經析出為網狀之肥粒鐵有助於提升鋼板構件的延性。肥粒鐵之面積率小於10%時，肥粒鐵將不易構成網狀，未能得到充分之延性。因此，將肥粒鐵之面積率設為10%以上。肥粒鐵之面積率大於70%時，麻田散鐵之面積率必然會小於30%，而不易於鋼板構件確保980MPa以上之抗拉強度。因此，將肥粒鐵之面積率設為70%以下。
(麻田散鐵之面積率：30%~90%)
麻田散鐵對於鋼板構件之高強度化係為重要。麻田散鐵之面積率小於30%時，將不易於鋼板構件確保980MPa以上之抗拉強度。因此，將麻田散鐵之面積率設為30%以上。麻田散鐵之面積率大於90%時，肥粒鐵之面積率必然會小於10%，而未能得到充分之延性。因此，將麻田散鐵之面積率設為90%以下。
(肥粒鐵及麻田散鐵之合計面積率：90%~100%)
本實施形態之熱壓鋼板構件的鋼組織係由肥粒鐵及麻田散鐵所構成，即以肥粒鐵及麻田散鐵之合計面積率為100%為佳。但，因製造條件的不同，亦可含有肥粒鐵及麻田散鐵以外之相或組織，例如選自於由變韌鐵、殘留沃斯田鐵、雪明碳鐵、及波來鐵所構成群組中之1種或2種以 上。此時，若肥粒鐵及麻田散鐵以外之相或組織的面積率大於10%，因該等相或組織的影響，有未能得到目的之特性的情形。因此，將肥粒鐵及麻田散鐵以外之相或組織的面積率設為10%以下。換言之，將肥粒鐵及麻田散鐵之合計面積率設為90%以上。
以上鋼組織的各相之面積率的測定方法，可使用發明所屬技術領域中具通常知識者眾所週知的方法。該等之面積率係由例如，於與軋延方向垂直之截面所測定之值及與板寬度方向(與軋延方向垂直之方向)垂直之截面所測定的值之平均值所求得。換言之，例如，於2截面所測定之面積率的平均值。
(析出之Ti的比例：90%以上)
Ti之析出物有助於確保鋼板構件穩定之抗拉強度。如前述，鋼板構件中雖含有0.060%~0.20%之Ti，但其中析出之Ti的比例小於90%時，將不易得到前述作用。因此，鋼板構件中，將鋼中全Ti所析出的比例設為90%以上。Ti之析出物係作為例如，碳化物、氮化物或碳氮化物包含於鋼板構件中。藉由利用鋼板構件之電解提取所得的殘渣之感應耦合電漿(ICP：inductively coupled plasma)分析，可特定該鋼板構件中析出之Ti量。
藉於預定之條件下處理預定的熱壓用鋼板，可製造如此之鋼板構件。
此處，說明製造本實施形態之鋼板構件所使用的熱壓用鋼板。於該熱壓用鋼板中，係析出有鋼中之總Ti之 中的70%以上。
並未特別限定熱壓用鋼板之鋼組織。這是因為，如後述，熱壓時將熱壓用鋼板加熱至Ac3 點以上之溫度。
(析出之Ti的比例：70%以上)
熱壓用鋼板所含之全Ti中析出的比例小於70%時，熱壓時不易產生肥粒鐵變態，而不易得到具所期之鋼組織的鋼板構件。因此，熱壓用鋼板中，將鋼中全Ti中析出的比例設為70%以上。
接著，說明本實施形態之鋼板構件的製造方法，即，說明處理熱壓用鋼板之方法。該熱壓用鋼板之處理中，於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域內加熱該熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘，並於該加熱後進行熱壓。該熱壓中，於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻，並於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻。第1冷卻中，以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵。第2冷卻中，將平均冷卻速度設為10℃/秒~500℃/秒。
(熱壓用鋼板之加熱溫度：Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域)
用以熱壓之鋼板，即熱壓用鋼板之加熱係於Ac3 點以上Ac3 點+100℃以下之溫度域中進行。Ac3 點係藉由下述實驗式(i)所規定之成為沃斯田鐵單相的溫度(單位：℃)。
Ac3 =910-203×(C0.5 )-15.2×Ni+44.7×Si+104×V+31.5×Mo-30×Mn-11×Cr-20×Cu+700×P+400×Al+50×Ti…(i)
此處，前述式中之元素符號表示鋼板之化學組成中各 元素的含量(單位：質量%)。
加熱溫度小於Ac3 點時，鋼板構件之鋼組織容易變得不均一，鋼板構件之抗拉強度不穩定，有延性劣化的情形。因此，將加熱溫度設為Ac3 點以上。加熱溫度大於Ac3 點+100℃時，沃斯田鐵粒界之穩定性變得過高，將不易促進肥粒鐵變態。結果，鋼板構件之鋼組織將變成麻田散鐵單相，延性之劣化係為顯著。此外，Ti含量小於0.08%時，將容易溶解Ti之析出物。因此，將加熱溫度設為Ac3 點+100℃以下。另，由抑制加熱爐之損傷及提升生產性的觀點來看，加熱溫度以860℃以下為佳。藉由適當地調整熱壓用鋼板之組成，可於860℃以下之溫度中做成沃斯田鐵單相。
(熱壓用鋼板之加熱時間：1分鐘~10分鐘)
加熱時間小於1分鐘時，沃斯田鐵之單相組織容易變得不均一，不易確保穩定之強度。因此，將加熱時間設為1分鐘以上。加熱時間大於10分鐘時，之後冷卻時將不易產生肥粒鐵變態，鋼板構件之鋼組織成為麻田散鐵單相，有延性之劣化變得顯著的情形。又，生產性將顯著地下降。因此，將加熱時間設為10分鐘以下。
此處，加熱時間係指自鋼板溫度到達Ac3 點時至結束加熱時的時間。具體而言，結束加熱時，於爐加熱時係指自加熱爐取出鋼板的時候，於通電加熱或感應加熱時係指結束通電等的時候。
加熱至Ac3 點以上Ac3 點+100℃以下之溫度域的平均加熱速度，以設為0.2℃/秒以上100℃/秒以下為佳。藉 將平均加熱速度設為0.2℃/秒以上，可確保更高之生產性。又，藉將前述平均加熱速度設為100℃/秒以下，於使用通常之爐加熱時，將容易控制加熱溫度。尤其是，於進行高頻加熱或通電加熱時，即使平均加熱速度大於100℃/秒仍容易控制加熱溫度，故平均加熱速度亦可大於100℃/秒。以將700℃以上Ac3 點以下之溫度域的平均加熱速度設為1℃/秒以上10℃/秒以下為佳。該溫度域之平均加熱速度於該範圍內時，鋼板構件之鋼組織將更為均一，可更加提升延性。
(開始析出肥粒鐵之溫度：600℃~750℃)
熱壓中開始析出肥粒鐵之溫度將對肥粒鐵的性質造成影響。於大於750℃中開始析出肥粒鐵時，肥粒鐵將粗大化，韌性劣化。於小於600℃中開始析出肥粒鐵時，肥粒鐵中之差排密度變高，延性劣化。因此，第1冷卻中，於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵。
(第1冷卻之平均冷卻速度：3℃/秒~200℃/秒)
開始析出肥粒鐵之溫度，即肥粒鐵之析出開始溫度，可藉由調整熱壓之平均冷卻速度來控制。例如，以利用解析熱膨脹曲線所求得之條件下進行第1冷卻為佳。但，即使肥粒鐵之析出開始溫度於600℃~750℃的範圍內，第1冷卻之平均冷卻速度小於3℃/秒時，將過度地進行肥粒鐵變態，而不易將鋼板構件之麻田散鐵的面積率設為30%以上，有未能得到980MPa以上之抗拉強度的情形。又，僅藉由空氣冷卻或強制空氣冷卻將不易控制平均冷卻速度小於3℃/秒。因此，將第1冷卻之平均冷卻速度設為3℃/秒以 上。該平均冷卻速度以6℃/秒以上為佳。又，即使肥粒鐵之析出開始溫度於600℃~750℃範圍內，第1冷卻之平均冷卻速度大於200℃/秒時，不易使鋼板構件之肥粒鐵的面積率為10%以上，有未能得到良好之延性的情形。因此，將第1冷卻之平均冷卻速度設為200℃/秒以下。該平均冷卻速度以60℃/秒以下為佳。
於使用具有前述化學組成，且析出之Ti比例係鋼中之總Ti之70%以上的熱壓用鋼板時，若600℃以上750℃以下之溫度域中的平均冷卻速度為3℃/秒以上200℃/秒以下，即可於600℃以上750℃以下之溫度域中開始析出肥粒鐵。
(第2冷卻之平均冷卻速度：10℃/秒~500℃/秒)
於150℃以上600℃以下之溫度域中的冷卻中不易產生擴散型變態係為重要。該溫度域之平均冷卻速度小於10℃/秒時，將容易產生擴散型變態之變韌鐵變態，將鋼板構件之麻田散鐵的面積率設為30%以上係為困難，且確保980MPa以上之抗拉強度係為困難。因此，將第2冷卻之平均冷卻速度設為10℃/秒以上。由更確實地確保麻田散鐵之面積率為高的觀點來看，該平均冷卻速度以15℃/秒以上為佳。於通常之設備中欲使第2冷卻之平均冷卻速度大於500℃/秒係為困難。因此，將該溫度域之平均冷卻速度設為500℃/秒以下。由實現更穩定之冷卻的觀點來看，該平均冷卻速度以200℃/秒以下為佳。
於如此之第1冷卻及第2冷卻間，得到呈網狀分布有如圖1所示之微細肥粒鐵的鋼組織。如此之鋼組織可有效 提升延性。
另外，第2冷卻中，溫度到達600℃以後，因相變態產生的發熱容易變得非常大。因此，於以與600℃以上之溫度域的冷卻相同之方法進行小於600℃之溫度域中的冷卻時，有無法確保充分之平均冷卻速度的情形。因此，以較至600℃之第1冷卻更強力地進行自600℃至150℃之第2冷卻為佳。例如，以使用以下方法為佳。
一般而言，係將經加熱之鋼板成形所使用的鋼製模具預先成為常溫或數10℃左右之溫度，再藉使鋼板接觸該模具來進行熱壓之冷卻。因此，平均冷卻速度可藉由例如，隨著模具之尺寸變更的熱容量之變化來控制。藉將模具之材料變更為異種金屬(例如Cu等)，亦可控制平均冷卻速度。藉由使用水冷卻型之模具，並改變流至該模具之冷卻水的量，亦可控制平均冷卻速度。預先於模具形成複數溝，於熱壓中藉使水流經溝，亦可控制平均冷卻速度。於熱壓時抬起熱壓機，使水流經其間，亦可控制平均冷卻速度。藉由調整模具間隙，改變模具與鋼板之接觸面積，亦可控制平均冷卻速度。
提高600℃以下之溫度域的冷卻速度之方法，可舉以下3種為例。
(a)於到達600℃後，立刻將鋼板移動至熱容量相異之模具或室溫狀態之模具內。
(b)使用水冷卻模具，於到達600℃後立刻增加模具中之水流量。
(c)到達600℃後，於模具與鋼板之間流動水。該方法中，亦可藉由對應溫度增加水量提高冷卻速度。
並未特別限制本實施形態之熱壓的成形形態。成形之形態，可舉例如：彎曲加工、抽製成形、拉伸成形、擴孔成形、及凸緣成形。成形之形態可視目的之鋼板構件種類適當地選擇。鋼板構件之代表例可舉，汽車用補強零件之門保護桿及保險桿加強樑等為例。又，若可於成形同時或之後立刻冷卻鋼板的話，並未限定熱成形為熱壓。例如，亦可進行輥壓成形作為熱成形。
藉於經如此一連串處理之前述預定的熱壓用鋼板，即含有適當之C、Mn及Ti含量等的熱壓用鋼板，可製造本實施形態之鋼板構件。換言之，不需進行繁雜之控制，即可得到具有所期之鋼組織，且抗拉強度980MPa，並具有優異之強度及延性的熱壓鋼板構件。
例如，可藉由抗拉試驗之全伸長(EL)評價延性，本實施形態中，抗拉試驗之全伸長以10%以上為佳。全伸長以14%以上較佳。
熱壓及冷卻後亦可進行珠粒噴擊處理。藉由珠粒噴擊處理，可去除鏽皮。珠粒噴擊處理因亦具有於鋼板構件表面導入壓縮應力的效果，故可得到抑制延遲破斷、提升疲勞強度的效果。
另外，上述鋼板構件之製造方法中，係於將熱壓用鋼板加熱至Ac3 點以上Ac3 點+100℃以下之溫度域，使沃斯田鐵產生變態後進行成形。因此，加熱前之室溫的熱壓 用鋼板之機械性質並不重要。因此，熱壓用鋼板可使用例如，熱軋鋼板、冷軋鋼板、鍍敷鋼板等。冷軋鋼板可舉全硬質材及退火材為例。鍍敷鋼板可舉鋁系鍍敷鋼板及鋅系鍍敷鋼板為例。並未特別限定該等之製造方法。
本實施形態之鋼板構件亦可經由隨著預成形之熱壓製造。亦可例如，於滿足上述加熱、冷卻之各條件的範圍，以預定形狀之模具壓製加工熱壓用鋼板預先成形，再置入同型之模具中施加壓合壓力，藉由急速冷卻，製造熱壓鋼板構件。此時，並未特別限定熱壓用鋼板之種類及其鋼組織，但為容易地預先成形，以儘量使用軟質且具延性的鋼板為佳。例如，以抗拉強度為700MPa以下為佳。為得到軟質鋼板，熱軋鋼板之熱軋後的捲取溫度，以設為450℃以上為佳，為減少鏽損(scale loss)，以設為700℃以下為佳。冷軋鋼板中為得到軟質鋼板，以施行退火為佳，退火溫度以設為Ac1 點溫度以上900℃以下為佳。又，退火後至室溫之平均冷卻速度以上部臨界冷卻速度以下為佳。
另外，前述實施形態均僅作為實施本發明時用以具體化之例者，無法以該等限定本發明的技術範圍。換言之，只要未脫離本發明之技術思想、或主要特徵，可以各種形態實施。
實施例
接著，說明本申請案發明人所進行之實驗。該實驗中，首先使用具有表1所示之化學組成的23種鋼材，製作表2所示之30種厚度為1.2mm的被測材料。另，各鋼材之剩 餘部分係Fe及不純物。
各被測材料之製作中，進行經於實驗室熔製的扁鋼胚之熱軋延及冷軋延。被測材料No.1之製作，係於藉由冷軋延所得之冷軋鋼板進行每單面之鍍敷附著量為120g/m2 的Al鍍敷。被測材料No.2之製作，係於藉由冷軋延所得之冷軋鋼板進行每單面之鍍敷附著量為60g/m2 的熔融鍍鋅，之後進行合金化處理。合金化處理中，將熔融鍍鋅膜中之Fe含量設為15質量%。使用鍍敷模擬器進行Al鍍敷及熔融鍍鋅，鍍敷模擬器之退火溫度係820℃，自820℃至500℃之平均冷卻速度係5℃/秒。
製作各被測材料後，自各被測材料切出厚度1.2mm、寬度100mm、長度200mm之鋼片，以表2所示之條件進行熱處理(加熱及冷卻)。該熱處理中，於鋼片貼附熱電偶，測定第1冷卻之平均冷卻速度及第2冷卻之平均冷卻速度。又，自冷卻中之膨脹率變化的解析結果求出肥粒鐵之析出開始溫度。
熱處理後，對該等鋼片個別進行抗拉試驗及鋼組織之觀察。抗拉試驗中，進行抗拉強度(TS)及全伸長(EL)之測定。抗拉強度及全伸長之測定係使用自各鋼片擷取之JIS5號抗拉試驗片。藉由觀察鋼組織求出肥粒鐵之面積率及麻田散鐵之面積率。該等面積率係對與軋延方向垂直之截面及與板寬度方向(與軋延方向垂直之方向)垂直之截面的2截面，進行電子顯微鏡觀察影像的影像解析後算出之值的平均值。電子顯微鏡觀察之視野的面積係8mm2 。於表3顯示該等之結果。另，雖未對抗拉試驗及鋼組織之觀察對象的鋼片進行熱壓，但該鋼片之機械性質反映於成形時受到與本實驗之熱處理相同的熱歷程所製作之熱壓鋼板構件的機械性質。換言之，無論有無隨著成形之熱壓，只要熱歷程實質上係相同的話，之後的機械性質實質上亦相同。
如表3所示，被測材料No.1、No.4、No.6、No.8、No.11、No.15、No.16、No.18、No.20、No.22、No.24、No.26、No.27、及No.29係本發明例，顯示出優異之抗拉強度及延性。
另一方面，因被測材料No.2、No.3、及No.30之製造條件係本發明範圍外，且熱處理後之鋼組織亦係本發明範圍外，故未能得到充分之抗拉強度。因被測材料No.5、No.14、No.17、No.19、No.21、No.23、及No.28之鋼材化學組成係本發明範圍外，且熱處理後之鋼組織亦係本發明範圍外，故未能得到充分之延性。因被測材料No.7之鋼材化學組成係本發明範圍外，故未能得到充分之延性。因被測材料No.9、No.10、及No.12之製造條件係本發明範圍外，且熱處理後之鋼組織亦係本發明範圍外，故未能得到充分之延性。被測材料No.25之鋼材化學組成係本發明範圍外，且熱處理後之鋼組織亦係本發明範圍外，故未能得到充分之抗拉強度。
產業上之可利用性
本發明可使用於例如，重視優異之抗拉強度及延性的汽車車體構造零件等之製造產業及利用產業。本發明亦可使用於其他機械構造零件之製造產業及利用產業等。

Claims (26)

  1. 一種熱壓鋼板構件，其特徵在於具有以下所示之化學組成：以質量%計，C：0.10%~0.24%、Si：0.001%~2.0%、Mn：1.2%~2.3%、sol.Al：0.001%~1.0%、Ti：0.060%~0.20%、P：0.05%以下、S：0.01%以下、N：0.01%以下、Nb：0%~0.20%、V：0%~0.20%、Cr：0%~1.0%、Mo：0%~0.15%、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%~0.005%、 Bi：0%~0.01%、剩餘部分：Fe及不純物；以面積%計，具有肥粒鐵：10%~70%、麻田散鐵：30%~90%、肥粒鐵及麻田散鐵之合計面積率：90%~100%的鋼組織；鋼中之總Ti之中的90%以上會析出，且抗拉強度係980MPa以上。
  2. 如請求項1之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有選自於由以下所構成群組中之1種或2種以上：Nb：0.003%~0.20%、V：0.003%~0.20%、Cr：0.005%~1.0%、Mo：0.005%~0.15%、Cu：0.005%~1.0%、及Ni：0.005%~1.0%。
  3. 如請求項1或2之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有選自於由以下所構成群組中之1種或2種以上：Ca：0.0003%~0.01%、Mg：0.0003%~0.01%、REM：0.0003%~0.01%、及Zr：0.0003%~0.01%。
  4. 如請求項1或2之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有B：0.0003%~0.005%。
  5. 如請求項3之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有B：0.0003%~0.005%。
  6. 如請求項1或2之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
  7. 如請求項3之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
  8. 如請求項4之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
  9. 如請求項5之熱壓鋼板構件，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
  10. 一種熱壓用鋼板，其特徵在於具有以下所示之化學組成：以質量%計，C：0.10%~0.24%、Si：0.001%~2.0%、Mn：1.2%~2.3%、sol.Al：0.001%~1.0%、Ti：0.060%~0.20%、P：0.05%以下、S：0.01%以下、N：0.01%以下、Nb：0%~0.20%、V：0%~0.20%、Cr：0%~1.0%、 Mo：0%~0.15%、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%~0.005%、Bi：0%~0.01%、剩餘部分：Fe及不純物；且鋼中之總Ti之中的70%以上會析出。
  11. 如請求項10之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有選自於由以下所構成群組中之1種或2種以上：Nb：0.003%~0.20%、V：0.003%~0.20%、Cr：0.005%~1.0%、Mo：0.005%~0.15%、Cu：0.005%~1.0%、及Ni：0.005%~1.0%。
  12. 如請求項10或11之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有選自於由以下所構成群組中之1種或2種以上：Ca：0.0003%~0.01%、Mg：0.0003%~0.01%、 REM：0.0003%~0.01%、及Zr：0.0003%~0.01%。
  13. 如請求項10或11之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有B：0.0003%~0.005%。
  14. 如請求項12之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有B：0.0003%~0.005%。
  15. 如請求項10或11之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
  16. 如請求項12之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
  17. 如請求項13之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
  18. 如請求項14之熱壓用鋼板，其中前述化學組成以質量%計，含有Bi：0.0003%~0.01%。
  19. 一種熱壓鋼板構件之製造方法，其特徵在於具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如請求項第10或11項之熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步驟；前述第1冷卻中，係以3℃/秒~200℃/秒作為平 均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵，且前述第2冷卻中，係以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
  20. 一種熱壓鋼板構件之製造方法，其特徵在於具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如請求項12之熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步驟；前述第1冷卻中，係以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵，且前述第2冷卻中，係以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
  21. 一種熱壓鋼板構件之製造方法，其特徵在於具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如請求項13之熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步 驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步驟；前述第1冷卻中，係以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵，且前述第2冷卻中，係以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
  22. 一種熱壓鋼板構件之製造方法，其特徵在於具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如請求項14之熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步驟；前述第1冷卻中，係以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵，且前述第2冷卻中，係以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
  23. 一種熱壓鋼板構件之製造方法，其特徵在於具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如請求項15 之熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步驟；前述第1冷卻中，係以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵；且前述第2冷卻中，係以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
  24. 一種熱壓鋼板構件之製造方法，其特徵在於具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如請求項16之熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步驟；前述第1冷卻中，係以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵，且 前述第2冷卻中，係以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
  25. 一種熱壓鋼板構件之製造方法，其特徵在於具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如請求項17之熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步驟；前述第1冷卻中，係以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵，且前述第2冷卻中以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
  26. 一種熱壓鋼板構件之製造方法，其特徵在於具有：於Ac3 點~Ac3 點+100℃之溫度域中加熱如請求項18之熱壓用鋼板1分鐘~10分鐘之步驟，及於前述加熱後進行熱壓之步驟；前述進行熱壓之步驟，具有：於600℃~750℃之溫度域中進行第1冷卻之步驟，及於150℃~600℃之溫度域中進行第2冷卻之步 驟；前述第1冷卻中，係以3℃/秒~200℃/秒作為平均冷卻速度，並於600℃~750℃之溫度域中開始析出肥粒鐵，且前述第2冷卻中，係以10℃/秒~500℃/秒作為平均冷卻速度。
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