WO2023199635A1 - ホットスタンプ成形体 - Google Patents

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WO2023199635A1
WO2023199635A1 PCT/JP2023/007780 JP2023007780W WO2023199635A1 WO 2023199635 A1 WO2023199635 A1 WO 2023199635A1 JP 2023007780 W JP2023007780 W JP 2023007780W WO 2023199635 A1 WO2023199635 A1 WO 2023199635A1
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真吾 藤中
純 芳賀
由梨 戸田
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日本製鉄株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20Deep-drawing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
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    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur

Definitions

  • Hot stamping technology is progressing, in which press forming is performed after heating the steel plate to a high temperature in the austenite region where the steel plate becomes soft.
  • Hot stamping is attracting attention as a technology that achieves both moldability into automobile parts and strength of automobile parts by performing quenching treatment in a mold at the same time as press working.
  • Patent Document 1 discloses a high-yield ratio, high-strength electrogalvanized steel sheet in which the amount of diffusible hydrogen in the steel is 0.20 mass ppm or less and excellent bendability.
  • Hydrogen embrittlement cracking is a phenomenon in which a steel member under high stress during use breaks down due to hydrogen penetrating into the steel from the external environment. This phenomenon is also called delayed fracture because of the manner in which the fracture occurs. It is generally known that hydrogen embrittlement cracking of a steel plate occurs more easily as the tensile strength of the steel plate increases. This is thought to be because the higher the tensile strength of the steel plate, the greater the stress remaining in the steel plate after forming the part. This susceptibility to hydrogen embrittlement cracking (delayed fracture) is called hydrogen embrittlement resistance.
  • Patent Document 1 bendability is considered, but hydrogen embrittlement resistance is not considered.
  • An object of the present invention is to provide a hot-stamped molded article that has high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance.
  • the hot stamp molded article according to one embodiment of the present invention has a chemical composition in mass %, C: more than 0.40%, less than 0.70%, Si: 0.010-3.000%, Mn: 0.10% or more, less than 0.60%, P: 0.100% or less, S: 0.0100% or less, N: 0.0200% or less, O: 0.0200% or less, Al: 0.0010-0.5000%, Nb: 0.0010-0.1000%, Ti: 0.010-0.200%, Cr: 0.010-0.800%, Mo: 0.0010-1.0000%, B: 0.0005-0.0200%, Co: 0-4.00%, Ni: 0-3.00%, Cu: 0-3.00%, V: 0 to 3.00%, W: 0-3.00%, Ca: 0-1.0000%, Mg: 0 to 1.0000%, REM: 0-1.0000%, Sb: 0 to 1.000%, Sn: 0-1.000%, Zr: 0
  • the hot-stamped molded article according to (1) above has the chemical composition in mass %, Co: 0.01-4.00%, Ni: 0.01 to 3.00%, Cu: 0.01-3.00%, V: 0.01 to 3.00%, W: 0.01-3.00%, Ca: 0.0001-1.0000%, Mg: 0.0001 to 1.0000%, REM: 0.0001-1.0000%, Sb: 0.001 to 1.000%, Sn: 0.001 to 1.000%, Zr: 0.001 to 1.000%, and As: 0.001 to 0.100% It may contain one or more selected from the group consisting of:
  • FIG. 3 is a diagram for explaining how to obtain a B-free index.
  • the present inventors have succeeded in improving the hydrogen embrittlement resistance of hot-stamped bodies by generating a desired amount of bainite in the surface layer region, creating a texture with a desired crystal orientation, and achieving a desired B removal index. It was found that the chemical properties can be improved.
  • the hot-stamped molded article according to this embodiment has a chemical composition in mass %: C: more than 0.40% and 0.70% or less, Si: 0.010 to 3.000%, and Mn: 0.10%. or more, less than 0.60%, P: 0.100% or less, S: 0.0100% or less, N: 0.0200% or less, O: 0.0200% or less, Al: 0.0010 to 0.5000% , Nb: 0.0010-0.1000%, Ti: 0.010-0.200%, Cr: 0.010-0.800%, Mo: 0.0010-1.0000%, B: 0.0005 ⁇ 0.0200%, and the balance: Contains Fe and impurities. Each element will be explained below.
  • C More than 0.40% and 0.70% or less C is an element that improves the strength of the hot stamp molded product. If the C content is less than 0.40%, the desired strength cannot be obtained in the hot-stamped molded product. Therefore, the C content is set to exceed 0.40%. The C content is preferably 0.42% or more or 0.44% or more. On the other hand, if the C content exceeds 0.70%, the amount of hydrogen trapped in martensite increases, making it impossible to obtain excellent hydrogen embrittlement resistance. Therefore, the C content is set to 0.70% or less. Preferably, the C content is 0.65% or less or 0.60% or less.
  • Si 0.010-3.000% Si is an element that improves the strength of the hot stamp molded product through solid solution strengthening. If the Si content is less than 0.010%, desired strength cannot be obtained. Therefore, the Si content is set to 0.010% or more. The Si content is preferably 0.050% or more, 0.100% or more, or 0.150% or more. On the other hand, if the Si content exceeds 3.000%, the amount of ferrite increases and a desired metal structure cannot be obtained. Therefore, the Si content is set to 3.000% or less. The Si content is preferably 2.000% or less, 1.000% or less, or 0.600% or less.
  • Mn 0.10% or more, less than 0.60%
  • Mn is an element that improves the hardenability of steel and increases the strength of hot stamped compacts.
  • the Mn content is set to 0.10% or more.
  • the Mn content is preferably 0.20% or more or 0.25% or more.
  • the Mn content is made less than 0.60%.
  • the Mn content is 0.55% or less, 0.50% or less or 0.45% or less.
  • P 0.100% or less
  • P is an impurity element and reduces grain boundary strength by segregating at grain boundaries. This deteriorates the hydrogen embrittlement resistance of the hot stamped body.
  • the P content is set to 0.100% or less.
  • the P content is preferably 0.050% or less or 0.010% or less.
  • the lower limit of the P content is not particularly limited, but may be 0%. However, reducing the P content to less than 0.0001% significantly increases the cost of removing P, which is economically unfavorable. Therefore, the P content may be 0.0001% or more, 0.001% or more, or 0.005% or more.
  • S 0.0100% or less
  • S is an impurity element and forms inclusions in steel. These inclusions trap a large amount of hydrogen and form regions where the hydrogen concentration locally increases, thereby degrading the hydrogen embrittlement resistance of the hot-stamped compact.
  • the S content is set to 0.0100% or less.
  • the S content is preferably 0.0080% or less, 0.0050% or less, or 0.0030% or less.
  • the lower limit of the S content is not particularly limited, but may be 0%. However, if the S content is reduced to less than 0.0001%, the cost for removing S will increase significantly, which is economically unfavorable. Therefore, the S content may be 0.0001% or more, 0.0002% or more, 0.0003% or more, or 0.0010% or more.
  • N is an impurity element and forms nitrides in steel. This nitride traps a large amount of hydrogen and forms regions where the hydrogen concentration locally increases, thereby degrading the hydrogen embrittlement resistance of the hot stamped body.
  • the N content is set to 0.0200% or less.
  • the N content is preferably 0.0150% or less, 0.0100% or less, 0.0060% or less, or 0.0040% or less.
  • the lower limit of the N content is not particularly limited, but may be 0%. However, reducing the N content to less than 0.0001% significantly increases the cost of removing N, which is economically unfavorable. Therefore, the N content may be 0.0001% or more or 0.0010% or more.
  • O 0.0200% or less
  • O When O is contained in large amounts in steel, it forms coarse oxides. This oxide traps a large amount of hydrogen and forms regions where the hydrogen concentration locally increases, thereby deteriorating the hydrogen embrittlement resistance of the hot stamped product.
  • the O content exceeds 0.0200%, the above effects become significant. Therefore, the O content is set to 0.0200% or less.
  • the O content is preferably 0.0100% or less, 0.0070% or less, or 0.0040% or less.
  • the O content may be 0%, but in order to disperse a large number of fine oxides during deoxidation of molten steel, the O content may be 0.0005% or more or 0.0010% or more.
  • Al 0.0010-0.5000%
  • Al is an element that has the effect of deoxidizing molten steel and making the steel sound.
  • the Al content is set to 0.0010% or more.
  • the Al content is preferably 0.0050% or more, 0.0100% or more, or 0.0300% or more.
  • the Al content exceeds 0.5000%, coarse oxides will be generated in the steel.
  • the Al content is set to 0.5000% or less.
  • the Al content is preferably 0.4000% or less, 0.3000% or less, 0.2000% or less, or 0.1000% or less.
  • Ti 0.010-0.200%
  • Ti is an element that forms carbonitrides in steel and improves the strength of hot stamped products through precipitation strengthening. If the Ti content is less than 0.010%, desired strength cannot be obtained. Therefore, the Ti content is set to 0.010% or more.
  • the Ti content is preferably 0.020% or more or 0.025% or more.
  • the Ti content exceeds 0.200%, a large amount of coarse carbonitrides will be generated in the steel, resulting in sites where the hydrogen concentration locally increases, resulting in the durability of the hot-stamped compact. Hydrogen embrittlement properties deteriorate. Therefore, the Ti content is set to 0.200% or less.
  • the Ti content is preferably 0.150% or less, 0.090% or less, 0.080% or less, 0.070% or less, 0.060% or less, or 0.050% or less.
  • Cr:0.010 ⁇ 0.800% Cr is an element that increases the strength of the hot-stamped molded product by forming a solid solution in the prior austenite grains during heating before hot-stamping. If the Cr content is less than 0.010%, desired strength cannot be obtained. Therefore, the Cr content is set to 0.010% or more. The Cr content is preferably 0.100% or more, 0.150% or more, or 0.200% or more. On the other hand, if the Cr content exceeds 0.800%, a desired texture cannot be obtained in the hot-stamped molded product, and the hydrogen embrittlement resistance deteriorates. Therefore, the Cr content is set to 0.800% or less. The Cr content is preferably 0.700% or less, 0.500% or less, or 0.400% or less.
  • Mo 0.0010-1.0000%
  • Mo is an element that increases the strength of the hot-stamped molded product by forming a solid solution in the prior austenite grains during heating before hot-stamping. If the Mo content is less than 0.0010%, desired strength cannot be obtained. Therefore, the Mo content is set to 0.0010% or more.
  • the Mo content is preferably 0.0100% or more, 0.0500% or more, or 0.1000% or more.
  • the Mo content exceeds 1.0000%, a desired texture cannot be obtained in the hot-stamped molded product, and the hydrogen embrittlement resistance deteriorates. Therefore, the Mo content is set to 1.0000% or less. Mo content is preferably 0.8000% or less, 0.6000% or less, or 0.4000% or less.
  • B 0.0005-0.0200%
  • B is an element that improves the hardenability of steel. If the B content is less than 0.0005%, desired strength cannot be obtained. Therefore, the B content is set to 0.0005% or more.
  • the B content is preferably 0.0010% or more or 0.0015% or more.
  • the B content exceeds 0.0200%, coarse intermetallic compounds will be formed in the hot stamped product. This intermetallic compound becomes a site where the hydrogen concentration locally increases, degrading the hydrogen embrittlement resistance of the hot stamped product. Therefore, the B content is set to 0.0200% or less.
  • the B content is preferably 0.0150% or less, 0.0100% or less, 0.0080% or less, 0.0040% or less, or 0.0030% or less.
  • the hot stamp molded product may contain the following elements as optional elements. When the following arbitrary elements are not included, the content is 0%.
  • Ni 0-3.00%
  • Ni has the effect of increasing the strength of the hot-stamped molded product by solidly dissolving in the prior austenite grains during heating before hot-stamping.
  • the Ni content is preferably 0.01% or more.
  • the Ni content is 3.00% or less. If necessary, the upper limit of the Ni content may be set to 1.50%, 1.00%, 0.50%, 0.10%, 0.05% or 0.02%.
  • V 0-3.00%
  • V has the effect of forming carbonitrides in the steel and improving the strength of the hot stamped product through precipitation strengthening.
  • the V content is preferably 0.01% or more.
  • the V content is more preferably 0.05% or more.
  • the V content is set to 3.00% or less. If necessary, the upper limit of the V content may be set to 1.50%, 1.00%, 0.50%, 0.10%, 0.05% or 0.02%.
  • W 0-3.00% W has the effect of improving the strength of the hot stamp molded product.
  • the W content is preferably 0.01% or more.
  • the W content is preferably 0.05% or more.
  • the W content is set to 3.00% or less. If necessary, the upper limit of the W content may be set to 1.50%, 1.00%, 0.50%, 0.10%, 0.05% or 0.02%.
  • Ca 0 ⁇ 1.0000%
  • Ca is an element that suppresses the formation of oxides that become the starting point of fracture, and contributes to improving the hydrogen embrittlement resistance of the hot stamped compact.
  • the Ca content is preferably 0.0001% or more.
  • the Ca content is set to 1.0000% or less. If necessary, the upper limit of the Ca content may be set to 0.1000%, 0.0100%, 0.0050%, 0.0010%, 0.0005% or 0.0002%.
  • Mg 0-1.0000% Mg forms oxides and sulfides in molten steel, suppresses the formation of coarse MnS, and disperses many fine oxides, thereby refining the metal structure. This contributes to improving the hydrogen embrittlement resistance of the hot-stamped molded body.
  • the Mg content is 0.0001% or more.
  • the Mg content is set to 1.0000% or less. If necessary, the upper limit of the Mg content may be set to 0.1000%, 0.0100%, 0.0050%, 0.0010%, 0.0005% or 0.0002%.
  • Sb 0-1.000% Sb suppresses the formation of coarse oxides that become sites that are accompanied by a local increase in hydrogen concentration. This contributes to improving the hydrogen embrittlement resistance of the hot-stamped molded body.
  • the Sb content is preferably 0.001% or more.
  • the Sb content is set to 1.000% or less. If necessary, the upper limit of the Sb content may be set to 0.100%, 0.050%, 0.020%, 0.010%, 0.005% or 0.002%.
  • Sn 0-1.000% Sn suppresses the formation of coarse oxides that become sites that cause a local increase in hydrogen concentration. This contributes to improving the hydrogen embrittlement resistance of the hot-stamped molded body.
  • the Sn content is preferably 0.001% or more.
  • the Sn content is set to 1.000% or less. If necessary, the upper limit of the Sn content may be set to 0.100%, 0.050%, 0.020%, 0.010%, 0.005% or 0.002%.
  • Zr 0-1.000% Zr suppresses the formation of coarse oxides that become sites associated with local increases in hydrogen concentration. This contributes to improving the hydrogen embrittlement resistance of the hot-stamped molded body.
  • the Zr content is preferably 0.001% or more.
  • the Zr content is set to 1.000% or less. If necessary, the upper limit of the Zr content may be set to 0.100%, 0.050%, 0.020%, 0.010%, 0.005% or 0.002%.
  • the As content is preferably 0.001% or more.
  • the As content is set to 0.100% or less. If necessary, the upper limit of the As content may be set to 0.100%, 0.050%, 0.020%, 0.010%, 0.005% or 0.002%.
  • the surface of the hot-stamped molded product has a plating layer, a paint film, etc., as described below, for convenience, the area where the iron concentration is less than 90% by mass in GD-OES measurement, that is, the plating layers, paint films, etc. are excluded from the hot-stamped molded body, and the measurement point where the iron concentration is 90% by mass (that is, the interface between the base steel material and the plating layer, etc.) is regarded as the surface of the hot-stamped molded body.
  • the plating layer, paint film, etc. were excluded from the hot-stamped product, but the thickness of the plating layer, paint film, etc.
  • the thickness section of the sampled test piece by mirror polishing After finishing the thickness section of the sampled test piece by mirror polishing, it is observed using an optical microscope at 100x, 200x, 500x, and 1000x magnification. Depending on the size of the inclusion, select an observation result with an appropriate magnification that allows the size of the inclusion to be measured.
  • the observation range is a width of 500 ⁇ m or more and the full thickness of the plate, and areas with low brightness are determined to be inclusions. When observing, you may observe from multiple fields of view.
  • the same method as above is applied to the plane parallel to the plane rotated in 5° increments in the range of 0° to 180° with the thickness direction as the axis, using the thickness cross section initially observed by the above method as a reference. Observe the cross section according to the method.
  • the hot stamping steel plate has the above-mentioned chemical composition.
  • the metal structure of the steel sheet for hot stamping is not particularly limited as long as the desired strength and hydrogen embrittlement resistance can be obtained after hot stamping, but for example, in terms of area ratio, ferrite: 5 to 90%, bainite and martensite: 0 ⁇ 100%, pearlite: 10 ⁇ 95%, and retained austenite: 0 ⁇ 5%.
  • iron carbides, alloy carbides, intermetallic compounds, and inclusions may be included.
  • the oxidizing atmosphere may be any heating atmosphere that generates oxide scale on the surface layer of the steel sheet, and may be a general condition.
  • a gas combustion atmosphere it is preferable to create an atmosphere in which the mixture ratio of air and fuel (air-fuel ratio) is controlled to 1.00 or more, and more preferably to be controlled to 1.10 or more.
  • air-fuel ratio air-fuel ratio
  • the oxidized scale on the surface of the steel sheet remain in subsequent steps. That is, it is preferable to perform hot stamping, which will be described later, with the oxide scale remaining. Oxide scale is removed by shot blasting after hot stamping.
  • the conditions in the example are examples of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention, and the present invention is based on this example of conditions. It is not limited.
  • the present invention can adopt various conditions as long as the purpose of the present invention is achieved without departing from the gist of the present invention.
  • the underline in the table indicates that it is outside the scope of the present invention, that it falls outside of the preferred manufacturing conditions, or that the characteristic value is unfavorable.
  • the metal structure of the surface layer region of the hot-stamped molded article according to the example of the present invention contains martensite of 90% or more in terms of area %, and ferrite and retained austenite of 65% or less in total. was.
  • the metal structure of the hot-stamped molded article according to the example of the present invention in a region other than the surface region consists of a total of 90% or more of martensite and bainite, and 10% or less of ferrite and retained austenite, in terms of area %. Ta.
  • the measurement of the metallographic structure, B removal index, and extreme density of the texture of the hot-stamped compact was performed by the method described above.
  • the mechanical properties of the hot-stamped molded product were evaluated by the following method.
  • the tensile (maximum) strength TS of the hot-stamped molded product can be determined by preparing a No. 5 test piece from any position of the hot-stamped molded product in accordance with JIS Z 2241:2011 and performing a tensile test. Obtained. Note that the crosshead speed was 1 mm/min. A case where the tensile strength TS was 2200 MPa or more was judged to have high strength and was determined to pass, and a case where the tensile strength TS was less than 2200 MPa was judged to be failed as not to have high strength.

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Abstract

このホットスタンプ成形体は、所定の化学組成を有し、表層領域において、ベイナイトの面積率が10%超であり、集合組織の極密度の最大値が4.0以下であり、脱B指標が0.05以上である。

Description

ホットスタンプ成形体
 本発明は、ホットスタンプ成形体に関する。
 本願は、2022年4月14日に、日本に出願された特願2022-067023号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年、環境保護及び省資源化の観点から自動車車体の軽量化が求められており、自動車部材へ高強度鋼板が適用されている。自動車部材はプレス成形によって製造されるが、鋼板の高強度化に伴い成形荷重が増加するだけでなく、成形性が低下する。そのため、高強度鋼板においては、複雑な形状の部材への成形性が課題となる。
 上記のような課題を解決するため、鋼板が軟質化するオーステナイト域の高温まで加熱した後にプレス成形を実施するホットスタンプ技術の適用が進められている。ホットスタンプは、プレス加工と同時に、金型内において焼入れ処理を実施することで、自動車部材への成形性と自動車部材の強度とを両立する技術として注目されている。
 例えば、特許文献1には、鋼中の拡散性水素量が0.20質量ppm以下であり、曲げ性に優れた高降伏比高強度電気亜鉛系めっき鋼板が開示されている。
国際公開第2020/079925号
 自動車車体を従来よりもさらに軽量化するためには、鋼板をより高強度化することが有効である。鋼板の高強度化のためには、鋼板の金属組織を、高転位密度のマルテンサイトを主相とする金属組織とすることが有効である。しかし、高転位密度のマルテンサイトを主相とする金属組織では、外部から侵入する水素のトラップ量が多くなるため、自動車部材において水素脆化割れが発生し易くなる。
 水素脆化割れとは、使用状況下において高い応力が作用している鋼部材が、外部環境から鋼中に侵入した水素に起因して、破壊が起こる現象である。この現象は、破壊の発生形態から、遅れ破壊とも呼称される。一般に、鋼板の水素脆化割れは、鋼板の引張強さが上昇するほど発生し易くなることが知られている。これは、鋼板の引張強さが高いほど、部品成形後に鋼板に残留する応力が増大するためであると考えられている。この水素脆化割れ(遅れ破壊)に対する感受性のことを耐水素脆化特性と呼称する。
 特許文献1では、曲げ性については考慮されているが、耐水素脆化特性については考慮されていない。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、高い強度を有し、且つ優れた耐水素脆化特性を有するホットスタンプ成形体を提供することを課題とする。
 本発明の要旨は以下の通りである。
(1)本発明の一態様に係るホットスタンプ成形体は、化学組成が、質量%で、
C :0.40%超、0.70%以下、
Si:0.010~3.000%、
Mn:0.10%以上、0.60%未満、
P :0.100%以下、
S :0.0100%以下、
N :0.0200%以下、
O :0.0200%以下、
Al:0.0010~0.5000%、
Nb:0.0010~0.1000%、
Ti:0.010~0.200%、
Cr:0.010~0.800%、
Mo:0.0010~1.0000%、
B :0.0005~0.0200%、
Co:0~4.00%、
Ni:0~3.00%、
Cu:0~3.00%、
V :0~3.00%、
W :0~3.00%、
Ca:0~1.0000%、
Mg:0~1.0000%、
REM:0~1.0000%、
Sb:0~1.000%、
Sn:0~1.000%、
Zr:0~1.000%、
As:0~0.100%、並びに、
残部:Feおよび不純物であり、
 ホットスタンプ成形体の表面から、前記表面から板厚の1/25深さまでの領域である表層領域において、
  ベイナイトの面積率が10%超であり、
  集合組織の極密度の最大値が4.0以下であり、
  脱B指標が0.05以上である。
(2)上記(1)に記載のホットスタンプ成形体は、前記化学組成が、質量%で、
Co:0.01~4.00%、
Ni:0.01~3.00%、
Cu:0.01~3.00%、
V :0.01~3.00%、
W :0.01~3.00%、
Ca:0.0001~1.0000%、
Mg:0.0001~1.0000%、
REM:0.0001~1.0000%、
Sb:0.001~1.000%、
Sn:0.001~1.000%、
Zr:0.001~1.000%、および
As:0.001~0.100%
からなる群から選択される1種または2種以上を含有してもよい。
 本発明に係る上記態様によれば、高い強度を有し、且つ優れた耐水素脆化特性を有するホットスタンプ成形体を提供することができる。
脱B指標の求め方を説明するための図である。
 本発明者らは、表層領域において、所望量のベイナイトを生成させること、所望の結晶方位を持つ集合組織とすること、且つ所望の脱B指標とすることで、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を向上できることを知見した。
 本発明者らは、上記特徴を有するホットスタンプ成形体を得るためには、特に、ホットスタンプに供する鋼板の製造時に、所望の条件で焼鈍を行うことが効果的であることを知見した。
 以下、本実施形態に係るホットスタンプ成形体に詳細に説明する。まず、本実施形態に係るホットスタンプ成形体の化学組成の限定理由について説明する。
 なお、以下に記載する「~」を挟んで記載される数値限定範囲には、下限値および上限値がその範囲に含まれる。「未満」、「超」と示す数値には、その値が数値範囲に含まれない。化学組成についての%は全て質量%を示す。
 本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、化学組成が、質量%で、C:0.40%超、0.70%以下、Si:0.010~3.000%、Mn:0.10%以上、0.60%未満、P:0.100%以下、S:0.0100%以下、N:0.0200%以下、O:0.0200%以下、Al:0.0010~0.5000%、Nb:0.0010~0.1000%、Ti:0.010~0.200%、Cr:0.010~0.800%、Mo:0.0010~1.0000%、B:0.0005~0.0200%、並びに、残部:Feおよび不純物を含有する。
 以下、各元素について説明する。
 C:0.40%超、0.70%以下
 Cは、ホットスタンプ成形体の強度を向上させる元素である。C含有量が0.40%以下では、ホットスタンプ成形体において所望の強度を得ることができない。そのため、C含有量は0.40%超とする。C含有量は、好ましくは0.42%以上または0.44%以上である。
 一方、C含有量が0.70%超では、マルテンサイト中にトラップされる水素量が多くなるため、優れた耐水素脆化特性を得ることができない。そのため、C含有量は0.70%以下とする。好ましくは、C含有量は、0.65%以下または0.60%以下である。
 Si:0.010~3.000%
 Siは、固溶強化により、ホットスタンプ成形体の強度を向上する元素である。Si含有量が0.010%未満では、所望の強度を得ることができない。そのため、Si含有量は0.010%以上とする。Si含有量は、好ましくは0.050%以上、0.100%以上または0.150%以上である。
 一方、Si含有量が3.000%超では、フェライト量が増加し、所望の金属組織を得ることができない。そのため、Si含有量は3.000%以下とする。Si含有量は、好ましくは2.000%以下、1.000%以下または0.600%以下である。
 Mn:0.10%以上、0.60%未満
 Mnは、鋼の焼き入れ性を高め、ホットスタンプ成形体の強度を高める元素である。所望の強度を得るために、Mn含有量は0.10%以上とする。Mn含有量は、好ましくは0.20%以上または0.25%以上である。
 一方、Mn含有量が0.60%以上であると、所望の集合組織を得ることができない。そのため、Mn含有量は0.60%未満とする。好ましくは、Mn含有量は0.55%以下、0.50%以下または0.45%以下である。
 P:0.100%以下
 Pは、不純物元素であり、粒界に偏析することで粒界強度を低下させる。これにより、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を劣化させる。P含有量が0.100%超であると上記作用が顕著となる。そのため、P含有量は0.100%以下とする。P含有量は、好ましくは0.050%以下または0.010%以下である。
 P含有量の下限は特に限定しないが、0%であってもよい。ただし、P含有量を0.0001%未満に低減すると、脱Pコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくない。そのため、P含有量は0.0001%以上、0.001%以上または0.005%以上としてもよい。
 S:0.0100%以下
 Sは、不純物元素であり、鋼中に介在物を形成する。この介在物は多量の水素をトラップし、局所的に水素濃度が高くなる領域を形成することで、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を劣化させる。S含有量が0.0100%超であると、上記作用が顕著となる。そのため、S含有量は0.0100%以下とする。S含有量は、好ましくは0.0080%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、0%であってもよい。ただし、S含有量を0.0001%未満に低減すると、脱Sコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくない。そのため、S含有量は0.0001%以上、0.0002%以上、0.0003%以上または0.0010%以上としてもよい。
 N:0.0200%以下
 Nは、不純物元素であり、鋼中に窒化物を形成する。この窒化物は多量の水素をトラップし、局所的に水素濃度が高くなる領域を形成することで、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を劣化させる。N含有量が0.0200%超であると、上記作用が顕著となる。そのため、N含有量は0.0200%以下とする。N含有量は、好ましくは0.0150%以下、0.0100%以下、0.0060%以下または0.0040%以下である。
 N含有量の下限は特に限定しないが、0%であってもよい。ただし、N含有量を0.0001%未満に低減すると、脱Nコストが大幅に上昇し、経済的に好ましくない。そのため、N含有量は0.0001%以上または0.0010%以上としてもよい。
 O:0.0200%以下
 Oは、鋼中に多く含まれると粗大な酸化物を形成する。この酸化物は多量の水素をトラップし、局所的に水素濃度が高くなる領域を形成することで、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を劣化させる。O含有量が0.0200%超であると、上記作用が顕著となる。そのため、O含有量は0.0200%以下とする。O含有量は、0.0100%以下、0.0070%以下または0.0040%以下とすることが好ましい。
 O含有量は0%であってもよいが、溶鋼の脱酸時に微細な酸化物を多数分散させるために、O含有量は0.0005%以上または0.0010%以上としてもよい。
 Al:0.0010~0.5000%
 Alは、溶鋼を脱酸して鋼を健全化する作用を有する元素である。Al含有量が0.0010%未満では、脱酸が十分に行われず、粗大な酸化物が生成する。この酸化物は多量の水素をトラップし、局所的に水素濃度が高くなる領域を形成することで、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を劣化させる。そのため、Al含有量は0.0010%以上とする。Al含有量は、好ましくは0.0050%以上、0.0100%以上または0.0300%以上である。
 一方、Al含有量が0.5000%超であると、鋼中に粗大な酸化物が生成する。この酸化物は多量の水素をトラップし、局所的に水素濃度が高くなる領域を形成することで、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を劣化させる。そのため、Al含有量は0.5000%以下とする。Al含有量は、好ましくは0.4000%以下、0.3000%以下0.2000%以下または0.1000%以下である。
 Nb:0.0010~0.1000%
 Nbは、鋼中に炭窒化物を形成して、析出強化によりホットスタンプ成形体の強度を向上する元素である。Nb含有量が0.0010%未満であると、所望の強度を得ることができない。そのため、Nb含有量は0.0010%以上とする。Nb含有量は、好ましくは0.0050%以上、0.0090%以上または0.0150%以上である。
 一方、Nb含有量が0.1000%超であると、鋼中に多量に炭窒化物が生成してホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性が劣化する。そのため、Nb含有量は0.1000%以下とする。Nb含有量は、好ましくは0.0800%以下または0.0600%以下である。
 Ti:0.010~0.200%
 Tiは、鋼中に炭窒化物を形成して、析出強化によりホットスタンプ成形体の強度を向上する元素である。Ti含有量が0.010%未満であると、所望の強度を得ることができない。そのため、Ti含有量は0.010%以上とする。Ti含有量は、好ましくは0.020%以上または0.025%以上である。
 一方、Ti含有量が0.200%超であると、鋼中に多量の粗大な炭窒化物が生成して、局所的に水素濃度の上昇を伴うサイトとなるため、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性が劣化する。そのため、Ti含有量は0.200%以下とする。Ti含有量は、好ましくは0.150%以下、0.090%以下、0.080%以下、0.070%以下、0.060%以下または0.050%以下である。
 Cr:0.010~0.800%
 Crは、ホットスタンプ前の加熱時に旧オーステナイト粒に固溶することで、ホットスタンプ成形体の強度を高める元素である。Cr含有量が0.010%未満であると、所望の強度を得ることができない。そのため、Cr含有量は0.010%以上とする。Cr含有量は、好ましくは0.100%以上、0.150%以上または0.200%以上とする。
 一方、Cr含有量が0.800%超であると、ホットスタンプ成形体において所望の集合組織が得られず、耐水素脆化特性が劣化する。そのため、Cr含有量は0.800%以下とする。Cr含有量は、好ましくは0.700%以下、0.500%以下または0.400%以下である。
 Mo:0.0010~1.0000%
 Moは、ホットスタンプ前の加熱時に旧オーステナイト粒に固溶することで、ホットスタンプ成形体の強度を高める元素である。Mo含有量が0.0010%未満であると、所望の強度を得ることができない。そのため、Mo含有量は0.0010%以上とする。Mo含有量は、好ましくは0.0100%以上、0.0500%以上または0.1000%以上とする。
 一方、Mo含有量が1.0000%超であると、ホットスタンプ成形体において所望の集合組織が得られず、耐水素脆化特性が劣化する。そのため、Mo含有量は1.0000%以下とする。Mo含有量は、好ましくは0.8000%以下、0.6000%以下または0.4000%以下である。
 B:0.0005~0.0200%
 Bは、鋼の焼き入れ性を向上させる元素である。B含有量が0.0005%未満であると、所望の強度を得ることができない。そのため、B含有量は0.0005%以上とする。B含有量は、好ましくは0.0010%以上または0.0015%以上とする。
 一方、B含有量が0.0200%超であると、ホットスタンプ成形体において粗大な金属間化合物が形成される。この金属間化合物は局所的に水素濃度の上昇を伴うサイトとなり、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を劣化させる。そのため、B含有量は0.0200%以下とする。B含有量は、好ましくは0.0150%以下、0.0100%以下、0.0080%以下、0.0040%以下または0.0030%以下である。
 ホットスタンプ成形体の化学組成の残部は、Fe及び不純物であってもよい。不純物としては、鋼原料もしくはスクラップから及び/又は製鋼過程で不可避的に混入し、本実施形態に係るホットスタンプ成形体の特性を阻害しない範囲で許容される元素が例示される。
 ホットスタンプ成形体は、任意元素として、以下の元素を含有してもよい。以下の任意元素を含有しない場合の含有量は0%である。
 Co:0~4.00%
 Coは、固溶強化により、ホットスタンプ成形体の強度を向上させる元素である。この効果を確実に得る場合、Co含有量は0.01%以上とすることが好ましい。Co含有量は0.05%以上とすることがより好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、Co含有量は4.00%以下とする。必要に応じて、Co含有量の上限を1.00%、0.50%、0.10%、0.05%又は0.02%としてもよい。
 Ni:0~3.00%
 Niは、ホットスタンプ前の加熱時に旧オーステナイト粒に固溶することで、ホットスタンプ成形体の強度を高める作用を有する。この効果を確実に得る場合、Ni含有量は0.01%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、Ni含有量は3.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、Ni含有量の上限を1.50%、1.00%、0.50%、0.10%、0.05%又は0.02%としてもよい。
 Cu:0~3.00%
 Cuは、ホットスタンプ前の加熱時に旧オーステナイト粒に固溶することで、ホットスタンプ成形体の強度を高める作用を有する。この効果を確実に得る場合、Cu含有量を0.01%以上とすることが好ましい。Cu含有量は、0.05%以上とすることがより好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、Cu含有量は3.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、Cu含有量の上限を1.50%、1.00%、0.50%、0.10%、0.05%又は0.02%としてもよい。
 V:0~3.00%
 Vは、鋼中に炭窒化物を形成して、析出強化によりホットスタンプ成形体の強度を向上する効果を有する。この効果を確実に得る場合、V含有量を0.01%以上とすることが好ましい。V含有量は、0.05%以上とすることがより好ましい。
 一方、V含有量が3.00%超であると、鋼中に粗大な炭窒化物が多量に生成する。この炭窒化物は局所的に水素濃度の上昇を伴うサイトとなり、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を劣化させる。そのため、V含有量は3.00%以下とする。必要に応じて、V含有量の上限を1.50%、1.00%、0.50%、0.10%、0.05%又は0.02%としてもよい。
 W:0~3.00%
 Wは、ホットスタンプ成形体の強度を向上する効果を有する。この効果を確実に得る場合、W含有量を0.01%以上とすることが好ましい。W含有量は、0.05%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、W含有量は3.00%以下とする。必要に応じて、W含有量の上限を1.50%、1.00%、0.50%、0.10%、0.05%又は0.02%としてもよい。
 Ca:0~1.0000%
 Caは、破壊の起点となる酸化物の生成を抑制する元素であり、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性の向上に寄与する。この効果を確実に得る場合、Ca含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、Ca含有量は1.0000%以下とする。必要に応じて、Ca含有量の上限を0.1000%、0.0100%、0.0050%、0.0010%、0.0005%又は0.0002%としてもよい。
 Mg:0~1.0000%
 Mgは、溶鋼中に酸化物や硫化物を形成して、粗大なMnSの形成を抑制し、微細な酸化物を多数分散させることで、金属組織を微細化する。これにより、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性の向上に寄与する。これらの効果を確実に得る場合、Mg含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、Mg含有量は、1.0000%以下とする。必要に応じて、Mg含有量の上限を0.1000%、0.0100%、0.0050%、0.0010%、0.0005%又は0.0002%としてもよい。
 REM:0~1.0000%
 REMは、局所的な水素濃度の上昇を伴うサイトとなる粗大な酸化物の生成を抑制する。これにより、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性の向上に寄与する。この効果を確実に得る場合、REM含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、REM含有量は1.0000%以下とする。必要に応じて、REM含有量の上限を0.1000%、0.0100%、0.0050%、0.0010%、0.0005%又は0.0002%としてもよい。
 なお、本実施形態においてREMとは、Sc、Y及びランタノイドからなる合計17元素を指し、REMの含有量とはこれらの元素の合計含有量を指す。
 Sb:0~1.000%
 Sbは、局所的な水素濃度の上昇を伴うサイトとなる粗大な酸化物の生成を抑制する。これにより、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性の向上に寄与する。この効果を確実に得る場合、Sb含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、Sb含有量は1.000%以下とする。必要に応じて、Sb含有量の上限を0.100%、0.050%、0.020%、0.010%、0.005%又は0.002%としてもよい。
 Sn:0~1.000%
 Snは、局所的な水素濃度の上昇を伴うサイトとなる粗大な酸化物の生成を抑制する。これにより、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性の向上に寄与する。この効果を確実に得る場合、Sn含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、Sn含有量は1.000%以下とする。必要に応じて、Sn含有量の上限を0.100%、0.050%、0.020%、0.010%、0.005%又は0.002%としてもよい。
 Zr:0~1.000%
 Zrは、局所的な水素濃度の上昇を伴うサイトとなる粗大な酸化物の生成を抑制する。これにより、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性の向上に寄与する。この効果を確実に得る場合、Zr含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、Zr含有量は1.000%以下とする。必要に応じて、Zr含有量の上限を0.100%、0.050%、0.020%、0.010%、0.005%又は0.002%としてもよい。
 As:0~0.100%
 Asは、オーステナイト単相化温度を低下させることにより、旧オーステナイト粒を細粒化させる。これにより、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性の向上に寄与する。この効果を確実に得る場合、As含有量を0.001%以上とすることが好ましい。
 一方、多量に含有させても上記効果は飽和するため、As含有量は0.100%以下とする。必要に応じて、As含有量の上限を0.100%、0.050%、0.020%、0.010%、0.005%又は0.002%としてもよい。
 上述したホットスタンプ成形体の化学組成は、一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)を用いて測定すればよい。なお、CおよびSは燃焼-赤外線吸収法を用い、Nは不活性ガス融解-熱伝導度法を用い、Oは不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法を用いて測定すればよい。
 ホットスタンプ成形体の表面にめっき層や塗装皮膜などを備える場合は、機械研削によりめっき層や塗装皮膜などを除去してから化学組成の分析を行う。
 次に、本実施形態に係るホットスタンプ成形体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体は、ホットスタンプ成形体の表面から、前記表面から板厚(ホットスタンプ成形体の厚さ)の1/25深さまでの領域である表層領域において、ベイナイトの面積率が10%超であり、集合組織の極密度の最大値が4.0以下であり、脱B指標が0.05以上である。
 本実施形態において表層領域とは、ホットスタンプ成形体の表面から、表面から板厚(ホットスタンプ成形体の厚さ)の1/25深さまでの領域のことを示す。
 なお、ホットスタンプ成形体が表面にめっき層や塗装膜等を有する場合、ここでいう「表面」とはめっき層と母材鋼板との界面のことをいい、便宜的にホットスタンプ成形体からめっき層や塗装皮膜等を除外する。具体的には、ホットスタンプ成形体の表面にめっき層や塗装皮膜等を有する場合には、後述の通り、便宜的に、GD-OES測定において鉄濃度が90質量%未満となる領域、つまりめっき層や塗装皮膜等をホットスタンプ成形体から除外し、鉄濃度が90質量%となる測定点(つまり、母材鋼材とめっき層などとの界面)をホットスタンプ成形体の表面とみなす。なお、前述のとおり、ホットスタンプ成形体からめっき層や塗装皮膜等を除外したが、ホットスタンプ成形体の板厚(厚さ)に対し、めっき層や塗装皮膜等の厚さが非常に小さく無視できる場合(ただし、めっき層だけの場合は、めっき層の厚さは非常に小さい場合が多く、殆どの場合無視できる。)、ホットスタンプ成形体の板厚(厚さ)の測定時には、ホットスタンプ成形体の板厚(厚さ)をめっき層や塗装皮膜等を含んだ板厚(厚さ)としてもよい。
(表層領域)ベイナイトの面積率:10%超
 表層領域にベイナイトを生成させることで、表層領域の転位密度を低減することができる。その結果、外部環境からの水素の侵入を抑制でき、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を向上することができる。さらに、表層領域にベイナイトを生成させることによって、表層が過度に軟化することを抑制できるため、部材における耐荷重を維持しながら、耐水素脆化特性をより高めることができる。表層領域のベイナイトの面積率が10%以下であると、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性が劣化する。そのため、ベイナイトの面積率は10%超とする。好ましくは、20%以上、40%以上または60%以上である。
 ベイナイトの面積率の上限は特に限定しないが、100%、90%または80%としてもよい。
 表層領域の金属組織には、ベイナイト以外に、0~90%(0%以上、90%以下)のマルテンサイト、並びに、合計で0~65%(0%以上、65%以下)のフェライトおよび残留オーステナイトが含まれていてもよい。なお、本実施形態におけるマルテンサイトには、焼戻されていないマルテンサイト(フレッシュマルテンサイト)および焼き戻しマルテンサイトが含まれる。
 金属組織の面積率は、表層領域(表面から、表面から板厚の1/25深さまでの領域)について、次の方法により算出する。
 ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置からサンプルを採取できない場合は、端部を避けた位置)から圧延方向に平行な板厚断面が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる大きさとする。
 上記サンプルの断面を#600から#1500の炭化珪素ペーパーを使用して研磨した後、粒度1~6μmのダイヤモンドパウダーをアルコール等の希釈液や純水に分散させた液体を使用して鏡面に仕上げる。次に、電解研磨により観察面を仕上げる。サンプル断面の長手方向の任意の位置において、長さ50μm、ホットスタンプ成形体の表面から、前記表面から板厚の1/25深さまでの領域を、0.1μmの測定間隔で電子後方散乱回折法により測定して結晶方位情報を得る。測定には、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡とEBSD検出器とで構成されるEBSD解析装置を用いればよく、例えば、JEOL製JSM-7001FとTSL製DVC5型検出器とで構成されたEBSD解析装置を用いればよい。この際、EBSD解析装置内の真空度は9.6×10-5Pa以下、加速電圧は15kV、照射電流レベルは13としてもよい。
 得られた結晶方位情報をEBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Phase Map」機能を用いて、結晶構造がfccであるものを残留オーステナイトと判断する。この残留オーステナイトの面積率を算出することで、残留オーステナイトの面積率を得る。次に、結晶構造がbccである領域においてEBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Grain Average Misorientation」機能を用いて、5°粒界を結晶粒界とみなす条件下で、「Grain Average Misorientation」が0.50°超、0.75°以下となる領域をベイナイトとして抽出する。抽出したベイナイトの面積率を算出することで、ベイナイトの面積率を得る。
 続いて、「Grain Average Misorientation」が0.5°以下の領域をフェライトとして抽出する。抽出したフェライトの面積率を算出することで、フェライトの面積率を得る。残部領域(「Grain Average Misorientation」が0.75°超の領域)をマルテンサイトとして抽出し、その面積率を算出することで、マルテンサイトの面積率を得る。
 なお、本実施形態では、ホットスタンプ成形体の圧延方向は、以下の方法により判別する。
 まず、ホットスタンプ成形体の端部から50mm以上離れた任意の位置から、板厚断面が観察できるように試験片を採取する。採取した試験片の板厚断面を鏡面研磨で仕上げた後、光学顕微鏡を用いて、倍率100倍、200倍、500倍、1000倍のそれぞれの倍率で観察する。介在物の寸法に応じて、介在物寸法が測定可能な適切な倍率の観察結果を選択する。観察範囲は、幅500μm以上、且つ板厚全厚の範囲とし、輝度が暗い領域を介在物と判定する。観察の際は複数の視野で観察してもよい。次に、上記方法により初めに観察した板厚断面を基準として、板厚方向を軸に0°~180°の範囲において5°刻みで回転させた面と平行となる面について、上記と同様の方法により断面観察する。各断面における複数の介在物の長軸の長さの平均値を各断面ごとに算出する。得られた介在物の長軸の長さの平均値が最大となる断面を特定する。その断面における介在物の長軸方向と平行な方向を圧延方向と判別する。
(表層領域)表層領域における結晶方位:集合組織の極密度の最大値が4.0以下
 表層領域における集合組織を制御することで、表層領域における外部環境からの水素の侵入を抑制でき、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性を向上することができる。表層領域における集合組織の極密度の最大値が4.0超であると、ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性が劣化する。そのため、表層領域における集合組織の極密度の最大値は4.0以下とする。好ましくは、3.5以下、3.0以下または2.5以下である。
 表層領域における集合組織の極密度の下限は特に限定しないが、1.0または1.2としてもよい。
 表層領域における集合組織は、表層領域(表面から、表面から板厚の1/25深さまでの領域)について、次の方法により得る。
 ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置からサンプルを採取できない場合は、端部を避けた位置)から圧延方向に平行な板厚断面が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる大きさとする。
 上記サンプルの断面を#600から#1500の炭化珪素ペーパーを使用して研磨した後、粒度1~6μmのダイヤモンドパウダーをアルコール等の希釈液や純水に分散させた液体を使用して鏡面に仕上げる。次に、電解研磨により仕上げる。サンプル断面の長手方向の任意の位置において、長さ1000μm、表面から、表面から板厚の1/25深さまでの領域を、5.0μmの測定間隔で電子後方散乱回折法により測定して結晶方位情報を得る。測定には、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡とEBSD検出器とで構成されるEBSD解析装置を用いればよく、例えばJEOL製JSM-7001FとTSL製DVC5型検出器とで構成されたEBSD解析装置を用いればよい。この際、EBSD解析装置内の真空度は9.6×10-5Pa以下、加速電圧は15kV、照射電流レベルは13としてもよい。
 得られた結晶方位情報をEBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Texture」機能を用いて、結晶構造がbccである結晶粒に対して調和関数(Harmonic Series Expansion)を用いて強度計算を行う。この際、展開次数を16、ガウス分布に適用する際の半値幅を5゜とする。次に、強度計算後の出力ファイルに対して「Texture Plot」機能を用いて結晶方位分布関数(ODF:Orientation Distribution Function)におけるφ2=45°断面を出力させる。φ2=45°断面における極密度の最大値を表層領域における集合組織の極密度とする。
(表層領域)脱B指標:0.05以上
 脱B指標は表層領域におけるBの濃度低下量を定量的に表す指標である。表層領域においてB濃度を低減させることにより、変態前の旧オーステナイトの強度が低下して旧オーステナイト粒の変形能が向上し、表層領域においてランダムな方位の結晶粒が生成し易くなる。表層領域の脱B指標が0.05未満であると、表層領域において所望の集合組織をもつ結晶粒を得ることができない。そのため、脱B指標は0.05以上とする。好ましくは、0.20以上、0.30以上、0.35以上である。
 脱B指標の上限は特に限定しないが、1.00、0.80または0.60としてもよい。
 表層領域における脱B指標は次の方法により得る。
 グロー放電発光分析装置(Glow Discharge Optical Emission Spectrometry、GD-OES:堀場製作所製 マーカス型高周波グロー放電発光分析装置、GD-PROFILER-HR)を用いてホットスタンプ成形体における板厚方向の元素濃度分布を測定する。測定条件は、分析径を4mmφ、スパッタ速度を4μm/min、アルゴン圧力を600Pa、RF出力を35Wとし、測定間隔を0.02μm以下とする。測定はホットスタンプ成形体に含まれる全ての元素について実施する。
 なお、ホットスタンプ成形体が表面にめっき層等を有する場合、ここでいう「表面」とはめっき層等と母材鋼板との界面のことをいう。表面にめっき層や塗装皮膜等を有する場合については、母材鋼板の表面(母材鋼板とめっき層や塗装皮膜等との界面)から200μm深さまでの測定が可能となるように、機械研磨もしくは化学研磨によりめっき層や塗装等を一部もしくは全てを除去してからGD-OES測定に供する。GD-OES測定において鉄濃度が90質量%となる測定点をホットスタンプ成形体の表面とみなす。なお、以下の説明において、説明の都合上、ホットスタンプ成形体を母材鋼板と称することがある。
 次に、ホットスタンプ成形体の表面から、表面から少なくとも100μm深さまでにおけるB濃度を測定する。表面から深さ100μm位置のB濃度を測定した後、80~100μmの領域におけるB濃度の平均値と80~100μmの領域におけるB濃度の測定値の最大値との差の絶対値が0.0006質量%以下であり、かつ、80~100μmの領域におけるB濃度の平均値と80~100μmの領域におけるB濃度の測定値の最小値との差の絶対値が0.0006質量%以下である場合、表面から深さ100μm位置で深さ方向のB濃度の測定を終了する。
 この測定終了の要件を満たさない場合、深さ方向のB濃度の測定を継続する。その上で、深さ方向に新しいB濃度の測定値を得た都度、最深部~最深部から表面側に20μmの領域のB濃度の平均値を算出し、その最深部~最深部から表面側に20μmの領域におけるB濃度の平均値と、最深部~最深部から表面側に20μmの領域におけるB濃度の測定値の最大値との差の絶対値が0.0006質量%以下であり、かつ、最深部~最深部から表面側に20μmの領域におけるB濃度の平均値と、最深部~最深部から表面側に20μmの領域におけるB濃度の測定値の最小値との差の絶対値が0.0006質量%以下である場合、その位置で深さ方向のB濃度の測定を終了する。例えば、表面から深さ150μm位置のB濃度の測定値を得た場合、表面から深さ130~150μmの領域におけるB濃度の平均値と表面から深さ130~150μmの領域におけるB濃度の測定値の最大値との差の絶対値が0.0006質量%以下であり、かつ表面から深さ130~150μmの領域におけるB濃度の平均値と表面から深さ130~150μmの領域におけるB濃度の測定値の最小値との差の絶対値が0.0006質量%以下である場合、表面から深さ150μm位置で深さ方向のB濃度の測定を終了する。
 前記の測定終了の要件を満たさず、深さ方向のB濃度の測定を終了できない場合であっても、表面から深さ200μm位置のB濃度の測定を完了した時点で、深さ方向のB濃度の測定を終了する。その上で、深さ方向のB濃度の測定を終了した時点において、最深部(脱B指標の算出に用いるB濃度が得られた最も深い位置)~最深部から表面側に20μm位置の領域のB濃度の平均値(以下、この領域のB濃度の平均値を、最深部20μmの平均B濃度という。)を、以下の脱B指標の算出に用いる。
 測定の都合上、例えば、表面から深さ200μm位置までのB濃度の測定を行った上で、表面から深さ100~200μmの領域において、前記の深さ方向のB濃度測定の終了条件を満たす最も浅い深さ位置を探し、その位置があった場合、その深さ位置より深い位置でのB濃度の測定結果を用いずに、脱B指標を算出してもよい。例えば、表面から深さ200μm位置までのB濃度の測定を行ってもよく、この場合、表面から100μm以上の領域において、前記の深さ方向のB濃度測定の終了条件を満たす最も浅い深さ位置があった場合、その深さ位置で測定を終了したと見做して、脱B指標を算出する。
 ホットスタンプ成形体の表面から最深部~最深部から表面側に20μmまでの領域において、単位深さあたりのB濃度の減少量(最深部20μmの平均B濃度から各測定点におけるB濃度を差し引いた値)を算出し、単位深さとB濃度の減少量との積の積分値を求めてBの欠乏領域の面積とする(図1の領域Aの面積)。ただし、最深部20μmの平均B濃度から各測定点におけるB濃度を差し引いた値が負の場合は、0として積分する(表面付近では脱B現象のため、最深部20μmの平均B濃度より各測定点のB濃度が小さいことが殆どであり、この積分値は正となる。)。次に、最深部20μmの平均B濃度と長さ200μmの積を基準面積(図1の長方形の領域Bの面積)として算出する。Bの欠乏面積(領域Aの面積)を基準面積(領域Bの面積)で除した値を、脱B指標(領域Aの面積/領域Bの面積)とする。なお、上述したような表面から200μmまでに測定終了の要件を満たす場合においても、最深部20μmの平均B濃度に乗じる長さは200μmとして基準面積(領域Bの面積)を算出する。
 ホットスタンプ成形体の表層領域以外の領域(例えば、ホットスタンプ成形体の表面から板厚の4/16深さから、前記表面から前記板厚の5/16深さまでの領域)の金属組織は、所望の強度および耐水素脆化特性を得ることができれば特に限定されないが、例えば、面積%で、合計で90~100%(90%以上、100%以下)のマルテンサイトおよびベイナイト、並びに、0~10%(0%以上、10%以下)のフェライトおよび残留オーステナイトからなっていてもよい。
 表層領域以外の領域の金属組織は以下の方法により測定する。なお、表層領域以外の領域の金属組織は、表面から板厚の1/8深さから、表面から板厚の3/8深さまでの領域の金属組織について測定を行う。その理由は、この領域における金属組織が、ホットスタンプ成形体の代表的な金属組織を示すためである。
 ホットスタンプ成形体の端面から50mm以上離れた任意の位置(この位置からサンプルを採取できない場合は、端部を避けた位置)から圧延方向に平行な板厚断面が観察できるようにサンプルを切り出す。サンプルの大きさは、測定装置にもよるが、圧延方向に10mm程度観察できる大きさとする。
 上記サンプルの断面を#600から#1500の炭化珪素ペーパーを使用して研磨した後、粒度1~6μmのダイヤモンドパウダーをアルコール等の希釈液や純水に分散させた液体を使用して鏡面に仕上げる。次に、電解研磨により観察面を仕上げる。サンプル断面の長手方向の任意の位置において、長さ50μm、表面から板厚の1/8深さから、表面から板厚の3/8深さまでの領域を、0.1μmの測定間隔で電子後方散乱回折法により測定して結晶方位情報を得る。測定には、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡とEBSD検出器とで構成されるEBSD解析装置を用いればよく、例えばJEOL製JSM-7001FとTSL製DVC5型検出器とで構成されたEBSD解析装置を用いればよい。この際、EBSD解析装置内の真空度は9.6×10-5Pa以下、加速電圧は15kV、照射電流レベルは13としてもよい。
 得られた結晶方位情報をEBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Phase Map」機能を用いて、結晶構造がfccであるものを残留オーステナイトと判断する。この残留オーステナイトの面積率を算出することで、残留オーステナイトの面積率を得る。次に、結晶構造がbccである領域をベイナイト、マルテンサイトおよびフェライトと判断する。これらの領域について、EBSD解析装置に付属のソフトウェア「OIM Analysis(登録商標)」に搭載された「Grain Average Misorientation」機能を用いて、5°粒界を結晶粒界とみなす条件下で、「Grain Average Misorientation」が0.5°以下の領域をフェライトとして抽出する。抽出したフェライトの面積率を算出することで、フェライトの面積率を得る。
 続いて、残部領域(「Grain Average Misorientation」が0.5°超の領域)をマルテンサイトおよびベイナイトの合計の面積率とする。
 本実施形態に係るホットスタンプ成形体は、表面にめっき層を有していてもよい。表面にめっき層を有することで、ホットスタンプ後において、耐食性を向上することができる。めっき層としては、アルミめっき層、アルミ-亜鉛めっき層、アルミ-珪素めっき層、溶融亜鉛めっき層、電気亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、亜鉛-ニッケルめっき層、アルミ-マグネシウム-亜鉛系めっき層などが例示される。
 次に、本実施形態に係るホットスタンプ成形体を得るための、ホットスタンプ用鋼板について説明する。
 ホットスタンプ用鋼板は、上述の化学組成を有する。ホットスタンプ用鋼板の金属組織は、ホットスタンプ後に所望の強度および耐水素脆化特性を得ることができれば特に限定されないが、例えば、面積率で、フェライト:5~90%、ベイナイトおよびマルテンサイト:0~100%、パーライト:10~95%および残留オーステナイト:0~5%からなってもよい。この他に鉄炭化物、合金炭化物、金属間化合物、介在物を含んでもよい。
 また、ホットスタンプ用鋼板は、表面にめっき層を有していてもよい。表面にめっき層を有することで、ホットスタンプ後において、耐食性を向上することができる。めっき層としては、アルミめっき層、アルミ-亜鉛めっき層、アルミ-珪素めっき層、溶融亜鉛めっき層、電気亜鉛めっき層、合金化溶融亜鉛めっき層、亜鉛-ニッケルめっき層、アルミ-マグネシウム-亜鉛系めっき層などが例示される。
 ホットスタンプ用鋼板の製造方法
 以下、本実施形態に係るホットスタンプ成形体を得るための、ホットスタンプ用鋼板の製造方法について説明する。上述したホットスタンプ成形体を得るためには、ホットスタンプ用鋼板の製造方法において、特に、焼鈍条件を制御することが効果的である。
 なお、溶鋼の鋳造方法、熱間圧延前の加熱、粗圧延、仕上げ圧延、巻取りおよび冷間圧延の条件は特に限定されず、一般的な条件とすればよい。
 また、熱延鋼板の軟質化を目的として、巻取後のコイルに軟質化熱処理を施してもよい。軟質化熱処理の方法は特に限定されず、一般的な条件とすればよい。
 焼鈍
 冷間圧延後は、酸化雰囲気にて15秒以上加熱する、焼鈍を行うことが好ましい。通常、焼鈍はスケール生成を抑制するために還元雰囲気で行うことが好ましいが、本実施形態では、酸化雰囲気にて焼鈍を行うことで、鋼板表面におけるスケール生成を促進する。ホットスタンプの加熱時には、鋼板表面に形成されたスケールが酸化源となり、表層領域のCおよびBが酸化する。酸化したCおよびBは、鋼板表層から離脱するため、表層領域ではCおよびB量が低減される。そのため、旧オーステナイト粒の強度が低下して変形し易くなり、ランダムな方位の結晶粒が生成し易くなる。これにより、所望の集合組織を持つ結晶粒を表層領域に生成させることができる。
 なお、焼鈍時の加熱温度は、730~900℃の温度域とすればよく、この加熱温度範囲で15秒以上滞留させることにより、スケールの剥離を抑制しながらスケールの生成を促進させることができる。焼鈍を行う時間は100秒以上が好ましく、200秒以上がより好ましく、300秒以上がより好ましい。一方、3600秒超の焼鈍を行うと、旧オーステナイト粒径の粗大化により、Bの粒界拡散速度が低下し、脱Bが進まず、脱B指標が0.05以上とならないため、好ましくない。よって、焼鈍時間は3600秒以下が好ましい。
 なお、酸化雰囲気にて焼鈍を行った後に、酸化スケールが除去される処理(例えば、酸洗など)を行わない限り、再度、酸化雰囲気または無酸化雰囲気にて焼鈍工程を経ても良い。
 本実施形態において酸化雰囲気とは鋼板表層に酸化スケールが生成する加熱雰囲気であればよく、一般的な条件とすればよい。例えば、ガス燃焼雰囲気において空気と燃料との混合比(空燃比)を1.00以上に制御した雰囲気とすることが好ましく、1.10以上に制御した雰囲気とすることがより好ましい。酸化雰囲気で焼鈍することにより、鋼板表面に酸化スケールを15μm以上生成させることが好ましい。
 鋼板表面の酸化スケールは後の工程においても残存させることが好ましい。すなわち、酸化スケールを残存させた状態で、後述のホットスタンプを行うことが好ましい。酸化スケールはホットスタンプ後にショットブラストにより除去される。
 また、ホットスタンプ用鋼板の表面にめっき層を形成させた場合であっても、母材鋼板とめっき層との界面に酸化スケールは残存する。めっき層を形成させた場合には、ホットスタンプ前の加熱における合金化反応により、ホットスタンプ後において酸化スケールは消滅する。
 ホットスタンプ
 上述の方法により製造したホットスタンプ用鋼板をホットスタンプすることで、本実施形態に係るホットスタンプ成形体を得る。ホットスタンプの条件は特に限定されないが、例えば、ホットスタンプ用鋼板を800℃~1000℃の温度域に加熱し、この温度域にて60~1200秒間保持することが好ましい。
 加熱温度が800℃未満ではオーステナイト化が不十分となり、ホットスタンプ成形体において耐水素脆化特性が劣化する場合や所望の強度が得られない場合がある。一方、加熱温度が1000℃を超えると、旧オーステナイトが過度に粒成長してしまい、ホットスタンプ成形体において耐水素脆化特性が劣化する場合や所望の強度が得られない場合がある。保持時間が60秒未満では、オーステナイト化が不十分となり、ホットスタンプ成形体において耐水素脆化特性が劣化する場合や所望の強度が得られない場合がある。保持時間が1200秒を超えると、旧オーステナイトが過度に粒成長してしまい、ホットスタンプ成形体において耐水素脆化特性が劣化する場合や所望の強度が得られない場合がある。
 なお、加熱雰囲気は特に限定されず、通常の条件で良く、例えば、大気中や、空気と燃料の比率を制御したガス燃焼雰囲気や、窒素雰囲気であればよく、これらガスにおいて露点を制御しても良い。
 当該温度域で保持してから、ホットスタンプする。ホットスタンプ後には、250℃以下の温度域まで、20℃/s以上の平均冷却速度で冷却すればよい。
 ホットスタンプ前の加熱方法としては、例えば、電気炉やガス炉等による加熱、火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等が挙げられる。
 以上の方法により、本実施形態に係るホットスタンプ成形体を得る。なお、軟質化のためにホットスタンプ成形後に130~600℃で焼き戻し処理や塗装後の焼き付け硬化処理を行ってもよい。また、ホットスタンプ成形体の一部をレーザー照射等により焼き戻しして部分的に軟化領域を設けても良い。
 次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
 表1A~表2Cに示す化学組成の溶鋼を鋳造して製造したスラブに、1200℃以上の温度域で20分以上保持した後、一般的な条件で粗圧延、仕上げ圧延、冷間圧延および巻取りを行った。その後、表3A~表3Cに示す条件で焼鈍を行った。なお、焼鈍は酸化雰囲気にて行った。酸化雰囲気での焼鈍では、ガス燃焼雰囲気において空気と燃料との混合比(空燃比)を1.05に制御した。
 得られたホットスタンプ用鋼板に、窒素ガスを連続供給した炉内において表3A~表3Cに記載の温度域に加熱し、当該温度域で保持してから、ホットスタンプした後、250℃以下の温度域まで20℃/s以上の平均冷却速度で冷却する条件でホットスタンプを行った。これにより、表4A~表4Cに示すホットスタンプ成形体を得た。
 ただし、一部の例については、表中に記載のように、再焼鈍、めっき付与、または軟質化のための熱処理を行った。
 なお、表中の下線は、本発明の範囲外であること、好ましい製造条件を外れること、特性値が好ましくないことを示す。また、本発明例に係るホットスタンプ成形体の表層領域の金属組織には、ベイナイト以外に、面積%で、90%以上のマルテンサイト、並びに、合計で65%以下のフェライトおよび残留オーステナイトが含まれていた。また、本発明例に係るホットスタンプ成形体の表層領域以外の領域の金属組織は、面積%で、合計で90%以上のマルテンサイトおよびベイナイト、並びに、10%以下のフェライトおよび残留オーステナイトからなっていた。
 ホットスタンプ成形体の金属組織、脱B指標および集合組織の極密度の測定等は、上述の方法により行った。また、ホットスタンプ成形体の機械特性は、以下の方法により評価した。
 引張強さ
 ホットスタンプ成形体の引張(最大)強さTSは、ホットスタンプ成形体の任意の位置からJIS Z 2241:2011に準拠して、5号試験片を作製し、引張試験を行うことで得た。なお、クロスヘッド速度は1mm/minとした。引張強さTSが2200MPa以上の場合を高い強度を有するとして合格と判定し、2200MPa未満の場合を高い強度を有さないとして不合格と判定した。
 耐水素脆化特性
 ホットスタンプ成形体の耐水素脆化特性は、次の方法により評価した。ホットスタンプ成形体の任意の位置から長さ68mm、幅6mmの試験片を採取し、試験片の端部を対して#200から#1500の炭化珪素ペーパーを使用して研磨した後、粒度1~6μmのダイヤモンドパウダーをアルコール等の希釈液および純水に分散させた液体を使用して鏡面に仕上げた。さらに、試験片の角部を#200から#1500の炭化珪素ペーパーを使用して面取りを施した。試験片に800MPa以上の応力を負荷し、室温にてpH4に調整した塩酸1リットルに48時間浸漬し、割れの有無を判定した。
 負荷応力800MPa以上でも割れが発生しなかった場合を合格と判定した。800MPaで割れ無しの場合を「Fair」、900MPaで割れ無しの場合を「Good」、1000MPaで割れ無しの場合を「Very Good」、1100MPa以上で割れ無しの場合を「Excellent」と表中に記載した。一方、負荷応力800MPaで割れ有りの場合を不合格と判定し、表中に「Bad」と記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 表4A~4Cを見ると、本発明例であるホットスタンプ成形体は、高い強度を有し、且つ優れた耐水素脆化特性を有することが分かる。一方、比較例であるホットスタンプ成形体は、1つ以上の特性が劣ることが分かる。
 本発明に係る上記態様によれば、高い強度を有し、且つ優れた耐水素脆化特性を有するホットスタンプ成形体を提供することができる。

Claims (2)

  1.  化学組成が、質量%で、
    C :0.40%超、0.70%以下、
    Si:0.010~3.000%、
    Mn:0.10%以上、0.60%未満、
    P :0.100%以下、
    S :0.0100%以下、
    N :0.0200%以下、
    O :0.0200%以下、
    Al:0.0010~0.5000%、
    Nb:0.0010~0.1000%、
    Ti:0.010~0.200%、
    Cr:0.010~0.800%、
    Mo:0.0010~1.0000%、
    B :0.0005~0.0200%、
    Co:0~4.00%、
    Ni:0~3.00%、
    Cu:0~3.00%、
    V :0~3.00%、
    W :0~3.00%、
    Ca:0~1.0000%、
    Mg:0~1.0000%、
    REM:0~1.0000%、
    Sb:0~1.000%、
    Sn:0~1.000%、
    Zr:0~1.000%、
    As:0~0.100%、並びに、
    残部:Feおよび不純物であり、
     ホットスタンプ成形体の表面から、前記表面から板厚の1/25深さまでの領域である表層領域において、
      ベイナイトの面積率が10%超であり、
      集合組織の極密度の最大値が4.0以下であり、
      脱B指標が0.05以上である
    ことを特徴とするホットスタンプ成形体。
  2.  前記化学組成が、質量%で、
    Co:0.01~4.00%、
    Ni:0.01~3.00%、
    Cu:0.01~3.00%、
    V :0.01~3.00%、
    W :0.01~3.00%、
    Ca:0.0001~1.0000%、
    Mg:0.0001~1.0000%、
    REM:0.0001~1.0000%、
    Sb:0.001~1.000%、
    Sn:0.001~1.000%、
    Zr:0.001~1.000%、および
    As:0.001~0.100%
    からなる群から選択される1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のホットスタンプ成形体。
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