JP2023045975A - 熱間プレス用鋼板、その製造方法、熱間プレス部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 質量%で、C:0.15%以上0.26%未満、Si:0.01%以上1.0%未満、Mn:1.0%以上3.0%以下、P:0.10%以下、S:0.010%以下、Al:0.01%以上1.5%以下、N:0.010%以下、Nb:0.005%以上0.10%以下、B:0.0005%以上0.020%以下、および、Ti:3.4N+0.01%以上、3.4N+0.2%以下[ただし、NはNの含有量(質量%)を示す]を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
フェライトが面積率で30%以上90%以下、パーライトが面積率で10%以上70%以下、残部組織が面積率で5%以下であり、
前記フェライトの平均アスペクト比が2.0以上12.0以下、前記フェライトの平均短軸長さが5.0μm以下であり、
粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を500個/μm3以上6000個/μm3以下含有し、
転位密度が、1.0×1015/m2以上であることを特徴とする熱間プレス用鋼板。
(2) 前記成分組成は、さらに、質量%で、Cr:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Sb:0.10%以下およびSn:0.10%以下からなる群から選ばれる少なくとも1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用鋼板。
(3) 前記成分組成は、さらに、質量%で、Mo:1.0%以下、V:1.0%以下、Bi:0.10%以下、Ca:0.10%以下、Mg:0.10%以下、REM:0.10%以下、Co:0.10%以下、Zr:0.10%以下、Ta:0.10%以下、W:0.10%以下、およびZn:0.10%以下、からなる群から選ばれる少なくとも1種以上を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の熱間プレス用鋼板。
(4) 表面に、Zn系めっき層を有することを特徴とする(1)~(3)のいずれか1つに記載の熱間プレス用鋼板。
(5) (1)~(3)のいずれか1つに記載された熱間プレス用鋼板の製造方法であって、
鋼素材を1150℃以上に加熱し、
次いで、粗圧延を施した後、
仕上圧延において、RC温度を式(1)で定義したとき、RC温度未満での合計圧下率を20%以上80%以下、仕上圧延終了温度を(RC-200℃)以上(RC-20℃)以下とする仕上圧延を施す熱間圧延をし、
次いで、前記仕上圧延を終了後2.0s以内に冷却を開始し、
550℃以上700℃以下の冷却停止温度まで、30℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、
前記冷却停止温度で巻取り、
次いで、鋼板を前記冷却停止温度から500℃まで50℃/hr以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、鋼板を酸洗後、20%以上80%以下の圧下率で冷間圧延を行うことを特徴とする熱間プレス用鋼板の製造方法。
RC(℃)=850+100×C+100×N+10×Mn+700×Ti+5000×B+10×Cr+50×Mo+2000×Nb+150×V ・・・式(1)
ここで、式(1)における各元素記号は、各元素の鋼中の含有量(質量%)である。含まない元素の場合は、式中の元素記号を0として計算する。
(6) さらに、鋼板の表面にZn系めっき処理を施すことを特徴とする(5)に記載の熱間プレス用鋼板の製造方法。
(7) (1)~(3)のいずれか1つに記載の成分組成を含有し、
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトが面積率で合計90%以上100%以下、残部組織が面積率で10%以下であり、
旧オーステナイト平均粒径が7.0μm以下であり、
粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を500個/μm3以上6000個/μm3以下含有し、
引張強さが1300MPa以上1760MPa未満であることを特徴とする熱間プレス部材。
(8) (1)~(3)のいずれか1つに記載の熱間プレス用鋼板を、せん断加工でトリミング後、3℃/s以上200℃/s以下の平均昇温速度でAc3変態点以上1000℃以下の温度まで加熱後、この温度範囲で0s以上300s以下保持した後、Ms温度以上で熱間プレスを行うことを特徴とする熱間プレス部材の製造方法。
(1)熱間プレス用鋼板
本発明の熱間プレス部材は、
質量%で、C:0.15%以上0.26%未満、Si:0.01%以上1.0%未満、Mn:1.0%以上3.0%以下、P:0.10%以下、S:0.010%以下、Al:0.01%以上1.5%以下、N:0.010%以下、Nb:0.005%以上0.10%以下、B:0.0005%以上0.020%以下、および、Ti:3.4N+0.01%以上、3.4N+0.2%以下[ただし、NはNの含有量(質量%)を示す]を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
フェライトが面積率で30%以上90%以下、パーライトが面積率で10%以上70%以下、残部組織が面積率で5%以下であり、
フェライトの平均アスペクト比が2.0以上12.0以下、フェライトの平均短軸長さが5.0μm以下であり、
粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を500個/μm3以上6000個/μm3以下含有し、
転位密度が、1.0×1015/m2以上であることを特徴とする熱間プレス用鋼板を用いて製造される。
Cは、鋼の高強度化に有効な元素であり、熱間プレス後にマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトを強化して熱間プレス部材の強度を高めるのに非常に重要な元素である。熱間プレス後のTS1300MPa以上を確保するためには少なくともC含有量は、0.15%以上とする必要がある。したがってC含有量は、0.15%以上とする。C含有量は、0.17%以上が好ましく、0.19%以上がより好ましい。一方、C含有量が0.26%以上となると、熱間プレス後の強度が高くなりすぎてしまい、耐遅れ破壊特性、低温靭性の1つ以上が劣化する。したがって、C含有量は0.26%未満とする。C含有量は、0.25%以下が好ましく、0.24%以下がより好ましい。
Siは、固溶強化に寄与し、また、セメンタイトの析出を抑制し、熱間プレス時のマルテンサイトの焼戻し軟化抵抗を向上させ、熱間プレス部材の強度向上に寄与する。このような効果を得るために、Si含有量は0.01%以上とする。Si含有量は、0.1%以上が好ましく、0.2%以上がより好ましい。一方、Siはフェライト生成元素であり、Si含有量が1.0%以上であると熱間プレス部材のフェライト分率が増加し、熱間プレス部材の低温靭性が劣化する。このため、Si含有量は、1.0%未満とする。Si含有量は、0.9%以下が好ましく、0.8%以下がより好ましい。
Mnは、固溶強化に寄与し、また、焼入れ性向上によって熱間プレス時のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの生成を促進することで熱間プレス部材の靭性向上に寄与する。このような効果を得るため、Mn含有量は、1.0%以上とする。Mn含有量は、1.2%以上が好ましく、1.5%以上がより好ましい。一方、Mn含有量が3.0%を超えると、熱間圧延巻取り後のフェライト変態を抑制し、十分な量のTi、Nb複合析出物を得ることができない。また、熱延鋼板が硬質マルテンサイトとなってしまい、冷間圧延することが困難となる。このため、Mn含有量は、3.0%以下とする。Mn含有量は、2.5%以下が好ましく、2.0%以下がより好ましい。
Pは、固溶強化により熱間プレス部材の強度向上に寄与する。しかし、Pは、粒界に偏析して低温靭性を低下させる。このため、P含有量は極力低くすることが好ましく、0.10%までのPの含有は許容できる。したがって、P含有量は、0.10%以下とする。P含有量は、0.050%以下が好ましく、0.020%以下がより好ましい。
Sは、TiやMnと結合して粗大な硫化物を形成し、熱間プレス部材の低温靭性と耐遅れ破壊特性を低下させる。このため、S含有量は極力低くすることが好ましく、0.010%までのSの含有は許容できる。したがって、S含有量は、0.010%以下とする。S含有量は、0.0050%以下が好ましく、0.0030%以下がより好ましい。
Alは、脱酸剤として作用し、熱間プレス部材の清浄度を向上させるのに有効である。Alが少なすぎると、その効果が必ずしも十分ではない。このため、Al含有量は、0.01%以上とする。Al含有量は、0.015%以上が好ましく、0.020%以上がより好ましい。一方、Alはフェライト生成元素であり、Al含有量が1.5%を超えると熱間プレス部材のフェライト分率が増加し、熱間プレス部材の低温靭性が劣化する。このため、Al含有量は、1.5%以下とする。Al含有量は、0.7%以下が好ましく、0.1%以下がより好ましい。
Nは、窒化物を形成する元素と結合することにより窒化物として析出し、結晶粒の微細化に寄与する。しかし、Nは、高温でTiと結合して粗大な窒化物になりやすく、多すぎる含有は、熱間プレス部材の低温靭性と耐遅れ破壊特性を劣化させる。このため、N含有量は、0.010%以下とする。N含有量は、0.008%以下が好ましく、0.006%以下がより好ましい。
Nbは、析出強化または固溶強化により熱間プレス部材の強度を向上させる。また、Nbは、Tiと複合析出物を形成させて、熱間プレスに供する鋼板をAc3温度以上に加熱した際のオーステナイト粒の粗大化を抑制し、旧オーステナイト粒径を微細にする効果がある元素である。また、熱間プレス部材にTi、Nb複合析出物を含有させることで耐遅れ破壊特性を向上させる重要な元素である。これらの効果を発現させるため、Nbを含有する場合、Nb含有量は、0.005%以上とする。Nb含有量は、0.010%以上が好ましく、0.020%以上がより好ましい。一方、Nb含有量が多すぎると、粗大な炭窒化物を形成し、熱間プレス部材の低温靭性と耐遅れ破壊特性を劣化させる。このため、Nbを含有する場合、Nb含有量は、0.10%以下とする。Nb含有量は、0.080%以下が好ましく、0.060%以下がより好ましい。
Bは、旧オーステナイト粒界に偏析し、フェライトの生成を抑制することにより、熱間プレス時のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの生成を促進し、鋼板の強度向上に寄与する。これらの効果を発現させるため、B含有量は、0.0005%以上とする。B含有量は、0.0010%以上が好ましく、0.0015%以上がより好ましい。一方、B含有量が多すぎると、上記した効果が飽和する。このため、B含有量は、0.020%以下とする。B含有量は、0.010%以下が好ましく、0.0050%以下がより好ましい。
Tiは、析出強化または固溶強化により熱間プレス部材の強度を向上させる。Tiは、オーステナイト相高温域(オーステナイト相での高温の域、および、オーステナイト相よりも高温の域(鋳造の段階))で窒化物を形成する。これにより、BNの析出が抑制され、Bが固溶状態になる。こうして、熱間プレス時のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの生成に必要な焼入れ性が得られ、強度向上に寄与する。また、Tiは、Ti、Nb複合析出物を形成させて、熱間プレスに供する鋼板をAc3温度以上に加熱した際のオーステナイト粒の粗大化を抑制し、旧オーステナイト粒径を微細にする効果がある非常に重要な元素である。また、熱間プレス部材にTi、Nb複合析出物を含有させることで耐遅れ破壊特性を向上させる重要な元素である。これらの効果を発現させるため、Ti含有量は、3.4N+0.01%以上とする。一方、Ti含有量が多すぎると、粗大な炭窒化物を形成し、熱間プレス部材の低温靭性と耐遅れ破壊特性を劣化させる。このため、Ti含有量は、3.4N+0.2%以下とする。Ti含有量は、3.4N+0.1%以下が好ましく、3.4N+0.06%以下がより好ましい。
Crは、熱間プレス素材および熱間プレス部材の化成処理性やめっき性を劣化させ、耐食性を劣化させることから耐遅れ破壊特性を低下させる。したがって、Crを含有する場合、Cr含有量は、1.0%以下とする。Cr含有量は、0.5%以下が好ましい。一方、Crは、固溶強化に寄与し、また、焼入れ性の向上を通じて熱間プレス時のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの形成を促進し、強度向上に寄与する。これらの効果を発現させるため、Crを含有する場合、Cr含有量は、0.01%以上とすることが好ましく、0.10%以上がより好ましい。
Cuは、固溶強化に寄与し、また、焼入れ性の向上を通じてマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの形成を促進し、熱間プレス部材の強度向上に寄与する。また、耐食性を向上させることから耐遅れ破壊特性を改善できるため、必要に応じて添加することができる。Cu含有量が多すぎると、上記した効果が飽和し、また、Cuに起因する表面欠陥が発生しやすくなる。このため、Cuを含有する場合、Cu含有量は、1.0%以下とする。Cu含有量は、0.50%以下が好ましい。
上記の効果を得るため、Cuを含有する場合、Cu含有量は、0.01%以上とすることが好ましく、0.05%以上がより好ましい。
Niは、固溶強化に寄与し、また、焼入れ性の向上を通じて熱間プレス時のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの形成を促進し、強度向上に寄与する。また、Cuと同様に耐食性を向上させることから耐遅れ破壊特性を改善できるため、必要に応じて添加することができる。一方、Ni含有量が多すぎると、これらの効果は飽和する傾向にあり、また、Niは高価な元素であるため、経済的観点からNiを含有する場合、Ni含有量は、1.0%以下とする。Ni含有量は、0.50%以下が好ましい。上記の効果を得るため、Niを含有する場合、Ni含有量は、0.01%以上とすることが好ましく0.05%以上がより好ましい。
Sb含有量が多すぎると、熱間プレス素材の製造時の圧延荷重の増大を招き、生産性を低下させる場合がある。このため、Sbを含有する場合、Sb含有量は、0.10%以下とする。Sb含有量は、0.050%以下が好ましく、0.020%以下がより好ましい。一方、Sbは、スラブ等の鋼素材を加熱する段階で、鋼素材の表面の窒化を抑制し、鋼素材の表層部のBNの析出を抑制する。また、固溶Bが存在することにより、熱間プレス部材の表層部において、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの生成に必要な焼入れ性が得られ、熱間プレス部材の強度を向上させる。このような効果を発現するため、Sbを含有する場合、Sb含有量は、0.0002%以上とすることが好ましく、0.0010%以上がより好ましい。
Sn含有量が多すぎると、熱間加工性が低下、熱間プレス時に割れが発生してしまう場合がある。このため、Snを含有する場合、Sn含有量は、0.10%以下とする。Sn含有量は、0.050%以下が好ましく、0.020%以下がより好ましい。一方、Snは、CuやNiと同様、耐食性を向上させることから耐遅れ破壊特性を改善できるため、必要に応じて添加することができる。上記の効果を得るため、Snを含有する場合、Sn含有量は、0.0002%以上が好ましく、0.0010%以上がより好ましい。
Mo含有量が多すぎると、Crと同様に熱間プレス素材および熱間プレス部材の化成処理性やめっき性を劣化させ、耐食性を劣化させることから耐遅れ破壊特性を低下させる。このため、Moを含有する場合、Mo含有量は、1.0%以下とする。Mo含有量は、0.50%以下が好ましい。一方、Moは、焼入れ性の向上を通じて熱間プレス時のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの形成を促進し、鋼板の強度向上に寄与する。また、Moは、Tiと同様に、炭窒化物を形成させて、熱間プレスに供する鋼板をAc3温度以上に加熱した際のオーステナイト粒の粗大化を抑制し、旧オーステナイト粒径を微細にする効果がある元素である。このような効果を得るため、Moを含有する場合、Mo含有量は、0.01%以上とすることが好ましく、0.05%以上がより好ましい。
V含有量が多すぎると、粗大な炭窒化物を形成し、熱間プレス部材の低温靭性と耐遅れ破壊特性を劣化させる。このため、Vを含有する場合、V含有量は、1.0%以下とする。V含有量は、0.50%以下が好ましい。一方、Vは、析出強化または固溶強化により熱間プレス部材の強度を向上させる。また、Vは、Tiと同様に、炭窒化物を形成させて、熱間プレスに供する鋼板をAc3温度以上に加熱した際のオーステナイト粒の粗大化を抑制し、旧オーステナイト粒径を微細にする効果がある元素である。これらの効果を発現させるため、Vを含有する場合、V含有量は、0.01%以上とすることが好ましく、0.10%以上がより好ましい。
Bi含有量が多すぎると、粗大な酸化物を形成し、熱間プレス部材の低温靭性と耐遅れ破壊特性を劣化させる。このため、Biを含有する場合、Bi含有量は0.10%以下とする。Bi含有量は、0.050%以下が好ましく、0.020%以下がより好ましい。Biは、熱間プレス部材のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト内のMn等の置換型元素を均質化し、低温靭性を向上させる効果がある元素である。このような効果を得るため、Biを含有する場合、Bi含有量は、0.0002%以上とすることが好ましく、0.0010%以上がより好ましい。
Ca、Mg、REMの含有量が多すぎると、介在物の増加を引き起こし、熱間プレス部材の低温靭性と遅れ破壊特性を劣化させる。このため、これら1種または2種以上の元素を含有する場合、それぞれの含有量は0.10%以下とする。それぞれの含有量は、0.050%以下がより好ましく、0.020%以下がさらに好ましい。一方、Ca、Mg、REMは、酸化物や硫化物の形状を制御し、粗大な介在物の生成を抑制することから、熱間プレス部材の低温靭性と耐遅れ破壊特性が向上する。これらの効果を発現するため、これら1種または2種以上の元素を含有する場合、それぞれの含有量は0.0002%以上とすることが好ましく、0.0010%以上がより好ましい。
Co、Zrの含有量が多すぎると、低温靭性を劣化させる。このため、これら1種または2種の元素を含有する場合、それぞれの含有量は0.10%以下とする。それぞれの含有量は、0.050%以下が好ましく、0.020%以下がより好ましい。一方、Co、Zrは、CuやNiと同様、耐食性を向上させることから耐遅れ破壊特性を改善できるため、必要に応じて添加することができる。このような効果を得るため、これら1種または2種の元素を含有する場合、それぞれの含有量は0.0002%以上とすることが好ましく、0.0010%以上がより好ましい。
Ta、Wの含有量が多すぎると、粗大な炭化物を形成し、熱間プレス部材の低温靭性と耐遅れ破壊特性を劣化させる。このため、これら1種または2種の元素を含有する場合、それぞれの含有量は0.10%以下とする。それぞれの含有量は、0.050%以下が好ましく、0.020%以下がより好ましい。一方、Ta、Wは、合金炭化物を生成して析出強化に寄与し、熱間プレス部材の強度向上に寄与する。このような効果を得るため、これら1種または2種の元素を含有する場合、それぞれの含有量は0.0002%以上とすることが好ましく、0.0010%以上がより好ましい。
Znの含有量が多すぎると、低温靭性を劣化させる。このため、Znを含有する場合、Znの含有量は0.10%以下とする。Zn含有量は、0.050%以下が好ましく、0.020%以下がより好ましい。一方、Znは、熱間プレス時の焼入れ性の向上を通じて熱間プレス時のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの形成を促進し、鋼板の強度向上に寄与する。このような効果を得るため、Znを含有する場合、Zn含有量は0.0002%以上とすることが好ましく、0.0010%以上がより好ましい。
ミクロ組織が、フェライトが面積率で30%以上90%以下、パーライトが面積率で10%以上70%以下、残部組織が面積率で5%以下であり、フェライトの平均アスペクト比が2.0以上12.0以下であり、フェライトの平均短軸長さが5.0μm以下であり、粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を500個/μm3以上6000個/μm3以下含有する、熱間プレス用鋼板である。
フェライトが面積率で30%未満では、十分な数のTi、Nb複合析出物が得られず、熱間プレス部材の優れた耐遅れ破壊特性が達成できなくなるため、フェライトが面積率で30%以上とし、35%以上が好ましく、40%以上がより好ましい。
フェライトが面積率で90%を超えると熱間プレス用鋼板のブランキングで端面に割れが生じることがあるため、フェライトが面積率で90%以下とし、80%以下が好ましく、70%以下がより好ましい。
パーライトが面積率で10%未満であると、熱間プレス用鋼板のブランキングで端面に割れが生じることがあるため、パーライトの面積率を10%以上とし、20%以上が好ましく、30%以上がより好ましい。一方、パーライトの面積率が70%を超えると十分な数のTi、Nb複合析出物が得られず、熱間プレス部材の優れた耐遅れ破壊特性が達成できなくなるため、パーライトの面積率を70%以下とし、60%以下が好ましく、50%以下がより好ましい。
熱間プレス用鋼板の残部組織としてベイナイト、マルテンサイト、残留オーステナイト等が考えられるが、これらは面積率で合計5%以下であれば許容できる。
粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物の含有量が500個/μm3未満であると、熱間プレス部材の優れた耐遅れ破壊特性を達成できないことがあるため、粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物の含有量が500個/μm3以上とし、600個/μm3以上が好ましく、700個/μm3以上がより好ましく、1000個/μm3以上がさらに好ましい。一方、粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物の含有量が6000個/μm3を超えると、熱間プレス用鋼板のブランキングで端面に割れが生じることがあるため、粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物の含有量が6000個/μm3以下とし、5500個/μm3以下が好ましく、5000個/μm3以下がより好ましい。
なお、Ti、Nb複合析出物のTiとNbの原子濃度比はNbを1とした場合、Ti1超12以下であり、さらにTiの原子濃度を超えない量のMo、V、Cr、Mn、W、Ca、Mg、Snが1種または2種以上含まれていてもよい。析出物は主に炭化物、窒化物、酸化物である。
転位密度が、1.0×1015/m2以上であることを特徴とする熱間プレス用鋼板である。
転位密度が、1.0×1015/m2以上
転位密度が1.0×1015/m2未満であると、熱間プレス部材の旧オーステナイト平均粒径7.0μm以下を達成できないことがあり、熱間プレス部材の優れた低温靭性を達成できなくなるため、転位密度を1.0×1015/m2以上とする。転位密度が、1.4×1015/m2以上が好ましく、1.8×1015/m2以上がより好ましく、2.0×1015/m2以上がさらに好ましい。
転位密度の上限は特に規定しないが2.0×1016/m2を超えると、ブランキングの際の金型の損耗が大きくなることから、転位密度を2.0×1016/m2以下とすることが好ましい。転位密度が、1.5×1016/m2以下がより好ましく、1.0×1016/m2以下がさらに好ましく、0.5×1016/m2以下がもっとも好ましい。
次いで、粗圧延を施した後、
仕上圧延において、RC温度を式(1)で定義したとき、RC温度未満での合計圧下率を20%以上80%以下、仕上圧延終了温度を(RC-200℃)以上(RC-20℃)以下とする仕上圧延を施す熱間圧延をし、次いで、仕上圧延を終了後2.0s以内に冷却を開始し、
550℃以上700℃以下の冷却停止温度まで、30℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、
前記冷却停止温度で巻取り、
次いで、鋼板を前記冷却停止温度から500℃まで50℃/hr以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、鋼板を酸洗後、20%以上80%以下の圧下率で冷間圧延を行った熱間プレス用鋼板の製造方法。
RC(℃)=850+100×C+100×N+10×Mn+700×Ti+5000×B+10×Cr+50×Mo+2000×Nb+150×V ・・・式(1)
ここで、式(1)における各元素記号は、各元素の鋼中の含有量(質量%)である。含まない元素の場合は、式中の元素記号を0として計算する。
以下、詳細に説明する。
低温まで冷却された後のスラブ等の鋼素材中では、TiやNbなどの炭窒化物形成元素の殆どが、粗大な炭窒化物として存在している。この粗大な析出物を加熱により一度溶解させなければ微細なTi、Nb複合析出物が得られず、熱間プレス部材の優れた耐遅れ破壊特性が得られない。そのため、熱間圧延前の鋼素材を鋳造後高温のままで直接熱間圧延(直送圧延)に供する、または、熱間圧延前の鋼素材を加熱して、粗大な析出物を固溶する。スラブを加熱する場合、粗大な析出物を熱間圧延前に十分に固溶させるためには、鋼素材の加熱温度を1150℃以上とする必要がある。鋼素材の加熱温度は、好ましくは1180℃以上であり、さらに好ましくは1200℃以上である。一方、鋼素材の加熱温度が高くなりすぎるとスラブ疵の発生や、スケールオフによる歩留まり低下を招く。そのため、鋼素材の加熱温度は1350℃以下とすることが好ましい。鋼素材の加熱温度は、より好ましくは1300℃以下である。さらに好ましくは1280℃以下である。
なお、鋼素材は、1150℃以上の加熱温度に加熱して所定時間保持するが、保持時間が9000sを超えると、スケール発生量が増大する。その結果、続く熱間圧延工程においてスケール噛み込み等が発生し易くなり、酸洗でのスケールの除去が困難となる。したがって、1150℃以上の温度域における鋼素材の保持時間は、9000s以下とすることが好ましい。より好ましくは、1150℃以上の温度域における鋼素材の保持時間は、7200s以下である。粗大な析出物を十分に固溶させる必要があるため、1150℃以上の温度域における鋼素材の保持時間は1800s以上が好ましい。
RC温度未満で圧下されることで、オーステナイト粒は再結晶せずにひずみが蓄積され、変形帯が導入される。オーステナイト粒の中にひずみや変形帯が生じることで、変態の核が増加し、変態後のフェライトの粒径が微細となり、またフェライトのアスペクト比が大きくなり、熱間プレス部材の旧オーステナイト粒径の微細化に寄与し、熱間プレス部材の優れた低温靭性が得られる。この効果を得るためにはRC温度未満での合計圧下率を20%以上とし、25%以上が好ましく、30%以上がより好ましい。一方、RC温度未満での合計圧下率が80%を超えると、熱間プレス用鋼板のフェライトのアスペクト比が12.0を超えることがあり、熱間プレス用鋼板のブランキングで端面に割れが生じることがある。したがって、RC温度未満での仕上圧延合計圧下率を80%以下とし、70%以下が好ましく、60%未満がより好ましい。
目標の合計圧下率を得るために、必要に応じて圧延途中で強制冷却を行う。冷却方法の例として、強制空冷、ミスト冷却、水冷却などがあげられる。
仕上圧延終了温度が(RC-200℃)未満の場合、圧延がフェライト+オーステナイトの二相域温度で行われることがある。圧延中に高温でフェライト変態が生じるとフェライト粒が粗大となり、熱間プレス部材の優れた低温靭性が得られなくなることがあるため、仕上げ圧延終了温度を(RC-200℃)以上とする。仕上げ圧延終了温度は、(RC-180℃)以上が好ましく、(RC-150℃)以上がより好ましい。一方、仕上圧延終了温度が(RC-20℃)超えであると、RC温度未満での合計圧下率を20%以上とすることが困難となるため、仕上げ圧延終了温度を(RC-20℃)以下とする。仕上げ圧延終了温度は、(RC-40℃)以下が好ましく、(RC-60℃)以下がより好ましい。なお、ここでの仕上圧延終了温度は、鋼板の表面温度を表すものとする。
仕上圧延が終了した後、2.0s以内に強制冷却を開始し、冷却停止温度(巻取り温度)で冷却を停止し、コイル状に巻き取る。仕上圧延終了から強制冷却を開始するまでの時間が、2.0sを超えて長くなると、オーステナイト粒に導入したひずみが回復してしまい、微細なフェライトが得られなくなることがあるため、強制冷却開始時間を、仕上圧延終了後2.0s以内とする。好ましくは、強制冷却開始時間は、仕上圧延終了後1.5s以内である。より好ましくは、強制冷却開始時間は、仕上圧延終了後1.0s以内である。
強制冷却において、仕上圧延終了温度から巻取り温度までの平均冷却速度が、30℃/s未満であると、高い温度でフェライト変態が起こり、微細なフェライトが得られないことがある。したがって、平均冷却速度を30℃/s以上とする。平均冷却速度は、好ましくは40℃/s以上であり、さらに好ましくは50℃/s以上である。なお、ここでの平均冷却速度の上限は特に規定しないが、平均冷却速度が大きくなりすぎると、冷却停止温度の管理が困難となり、所望のミクロ組織を得ることが困難となることがある。このため、平均冷却速度を300℃/s以下とすることが好ましい。なお、平均冷却速度は、鋼板の表面における平均冷却速度をもとに規定される。
冷却停止温度(巻取り温度)が550℃未満であると、所望のTi、Nb複合析出物の密度を得ることができなくなるため、冷却停止温度を550℃以上とする。冷却停止温度は、570℃以上が好ましく、600℃以上がより好ましい。
冷却停止温度が700℃を超えると、フェライトが粗大となり、所望のフェライトの平均短軸長さが得られなくなることがあるため、冷却停止温度を700℃以下とする。冷却停止温度は、680℃以下が好ましく、660℃以下がより好ましい。
巻取り後、500℃までの平均冷却速度が50℃/hrを超えると、粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物の含有量が6000個/μm3を超えることがあり、熱間プレス用鋼板のブランキングで端面に割れが生じることがあるため、巻取り後、500℃までの平均冷却速度を50℃/hr以下とする。巻取り後、500℃までの平均冷却速度は、40℃/hr以下が好ましく、30℃/hr以下がより好ましく、20℃/hr以下がさらに好ましい。一方、巻取り後、500℃までの平均冷却速度の下限は生産性の観点から、1℃/hr以上が好ましく、5℃/hrがより好ましい。
巻取り、冷却後は、常法にしたがい、調質圧延を施してもよい。
巻取り後、酸洗
巻取り後、酸洗を実施し、表面に生成したスケールを除去する。この酸洗処理は特に限定されず、常法に従って実施すればよい。
冷間圧延の圧下率が20%未満であると、所望の熱間プレス用鋼板のフェライトの平均アスペクト比、フェライトの平均短軸長さ、転位密度のいずれか1つ以上を得ることができず、熱間プレス部材の旧オーステナイト平均粒径7.0μm以下を達成できないことがあり、熱間プレス部材の優れた低温靭性を達成できなくなるため、圧下率を20%以上とする。圧下率は、30%以上が好ましく、40%以上がより好ましい。冷間圧延の圧下率が80%を超えると、所望の熱間プレス用鋼板のフェライトの平均アスペクト比を得ることができず、熱間プレス用鋼板のブランキングで端面に割れが発生することがあるため、圧下率を80%以下とする。圧下率は、70%以下が好ましく、60%以下がより好ましい。
次に、本発明の熱間プレス用鋼板の表面にZn系めっき処理を施す製造方法について説明する。
めっき工程は、公知の電気めっき法、蒸着めっき法がいずれも適用可能である。溶融めっき法は加熱によるフェライトの再結晶によって熱間プレス用鋼板の所望のフェライトのアスペクト比や転位密度が得られなくなることがあるため、工程内での加熱温度を600℃以下に限定することで適用可能である。また、めっき工程後に600℃以下での合金化処理を施してもよい。
めっき層の付着量は特に限定されず、一般的なものであればよい。例えば、片面当たりのめっき付着量が5~150g/m2のめっき層を有することが好ましい。めっき付着量が5g/m2未満では耐食性の確保が困難になる場合があり、一方150g/m2を超えると耐めっき剥離性が劣化する場合がある。
めっき層にはZn以外にSi、Mg、Ni、Fe、Co、Mn、Sn、Pb、Be、B、P、S、Ti、V、W、Mo、Sb、Cd、Nb、Cr、Sr等の1種または2種以上を含有するめっき層であってもよい。
めっき後は、常法にしたがい、調質圧延を施してもよい。
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトが面積率で合計90%未満では、優れた低温靭性を達成できなくなるため、マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトが面積率で合計90%以上とする。マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトが面積率で合計95%以上が好ましく、合計100%がより好ましい。
旧オーステナイト平均粒径が微細であるほど、優れた低温靭性が得られる。旧オーステナイト平均粒径が7.0μmを超えると、優れた低温靭性が達成できない。したがって旧オーステナイト平均粒径が7.0μm以下ととする。本発明の効果がより優れる理由から、旧オーステナイト平均粒径は、6.5μm以下が好ましく、6.0μm以下がより好ましい。
粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を500個/μm3未満であると、優れた耐遅れ破壊特性が得られないため、粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を500個/μm3以上とする。粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物が、600個/μm3以上が好ましく、700個/μm3以上がより好ましく、1000個/μm3以上がさらに好ましい。一方、粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物の含有量が6000個/μm3を超えると、優れた低温靭性が達成できず、また、熱間プレス部材の端面に割れが生じることがあるため、粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物の含有量が6000個/μm3以下とする。粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物が、5500個/μm3以下が好ましく、5000個/μm3以下がより好ましい。
熱間プレス用鋼板を、製造する熱間プレス部材形状に応じて任意の寸法にせん断加工でトリミングを実施する。このせん断加工によるトリミング方法は特に限定されず、常法に従って実施すればよい。
鋼素材の平均昇温速度が3℃/s未満だと、フェライトの再結晶、粒成長が進行し、オーステナイトに逆変態した際のオーステナイトの粒径が粗大になってしまい、熱間プレス後の旧オーステナイト平均粒径7.0μm未満が得られない。したがって平均昇温速度を3℃/s以上とした。平均昇温速度が好ましくは5℃/s以上であり、より好ましくは50℃/s以上である。平均昇温速度の上限は特にないが、200℃/sを超えると加熱温度の制御が困難となるため、200℃/s以下が好ましい。ここでいう平均昇温速度とは、鋼素材の加熱前の温度から加熱温度まで昇温した時の平均昇温速度である。
加熱温度がAc3温度未満であると、フェライトとオーステナイトの2相域となってしまい、熱間プレス後のマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトの面積率が合計90%以上を達成できなくなる。したがって、加熱温度の下限をAc3温度以上とした。好ましくは、加熱温度の下限はAc3温度+10℃以上であり、より好ましくはAc3温度+20℃以上である。一方で、加熱温度が1000℃を超えると、オーステナイトの再結晶、粒成長が進行し、熱間プレス後の旧オーステナイト平均粒径7.0μm以下を達成することができなくなる。したがって加熱温度の上限を加熱温度が1000℃以下とした。好ましくは加熱温度は980℃以下であり、より好ましくは950℃以下である。
Ac3温度以上1000℃以下の温度での保持時間が300sを超えると、オーステナイトの粒成長が進行し、熱間プレス後の旧オーステナイト平均粒径7.0μm未満を達成することができなくなる。したがってAc3温度以上1000℃以下の温度での保持時間を300s以下とした。好ましくは200s以下であり、より好ましくは100s以下である。保持時間の下限は特に制限されず0s(保持時間無し)である。
Ms温度未満の温度で熱間プレス成形をすると、鋼板の一部がマルテンサイト変態しているため、成形性が低下し、成形時に割れが発生してしまうことがある。したがって、熱間プレス成形はMs温度以上とする。
ただし、式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表し、元素を含有しない場合は0として計算する。
ただし、式中の元素記号は各元素の含有量(質量%)を表し、元素を含有しない場合は0として計算する。
熱間プレス用鋼板から走査電子顕微鏡(SEM)用試験片を採取し、採取した試験片を研磨して、板厚1/4位置の断面(圧延方向に平行な断面)を露出させた。露出させた断面を、腐食液(3質量%ナイタール溶液)を用いて腐食させてから、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて1000倍の倍率で10視野観察および撮影をした。フェライトおよびパーライトの面積率[%]は撮影した10視野のミクロ組織写真を、ポイントカウント法(ASTM E562-83(1988)に準拠)により、面積率を測定し、定量化した。結果を表3に示す。フェライトの平均アスペクト比は、面積率を定量化した同一画像からすべてのフェライト粒を楕円近似し、その楕円の長軸長さを短軸長さで除した値を全てのフェライト粒で平均化して求めた。結果を表3に示す。フェライトの平均短軸長さは、アスペクト比の測定で得られたフェライト粒の短軸長さを平均して求めた。結果を表3に示す。
Ti、Nb複合析出物の密度は、透過型電子顕微鏡を用いて20万倍の倍率で10視野以上観察し、EDX(エネルギー分散型X線分光法)による元素分析で、TiとNbが検出される3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を選別して、個数を数え、観察視野の総体積(面積×薄膜の厚み)で割って、析出物の密度とした。結果を表3に示す。なお、透過型電子顕微鏡に用いる薄膜の厚みはEELS(電子エネルギー損失分光法)により測定した。また、ここでいう析出物のサイズは、画像解析装置を用いて各析出物の面積を求め、円相当直径に換算したものである。なお、熱間プレス用鋼板と熱間プレス部材から採取した試料ともに、上記の方法にて測定している。
熱間プレス用鋼板から転位密度測定用試験片(20mm×20mm)を採取し、肉厚1/4面が測定面となるように表層から機械研磨、化学研磨を施したのち、X線回折を行う。入射X線にはCoKα1線を使用し、α{110}、α{211}、α{220}のピークの半価幅を実測する。ひずみの無い標準試験片(Si)を使用し、実測したα{110}、α{211}、α{220}のピークの半価幅を真の半価幅へと補正したのち、Williamson-Hall法に基づき、ひずみ(ε)を求める。転位密度(ρ)は、ひずみ(ε)とバーガースベクトル(b=0.25nm)を用いて、次式で求められる。
ρ=14.4×ε2/b2
結果を表3に示す。
熱間プレス用鋼板から、ブランク板(50mm×50mm)を10枚採取した。そして打抜きポンチを20mmφの平底型として、打抜きクリアランスを20%±2%以内となるようにダイ側の穴径を決定し、上から板押さえで固定して20mmφのポンチ穴を打ち抜いた。ブランク板10枚全てに対して打ち抜き後、ポンチ穴の全周にわたり、打抜き端面の破面状況をマイクロスコープ(倍率:50倍)で、割れ、欠け、脆性破面、2次せん断面等の有無を観察した。10個のポンチ穴について、割れ、欠け、脆性破面、2次せん断面等がないポンチ穴が10個のものを◎(合格)、割れ、欠け、脆性破面、2次せん断面等がないポンチ穴が8~9個のものを○(合格)とし、それ以外(割れ、欠け、脆性破面、2次せん断面等のないポンチ穴が0~7個のもの)を×(不合格)として、ブランキングでの割れ性を評価した。結果を表3に示す。
熱間プレスで使用した金型はパンチ幅70mm、パンチ肩R4mm、ダイ肩R4mmで、成形深さは30mmであった。
採取した試験片を研磨して、板厚1/4位置の断面(圧延方向に平行な断面)を露出させた。露出させた断面を、腐食液(3質量%ナイタール溶液)を用いて腐食させてから、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて5000倍の倍率で10視野観察および撮影をした。マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイト、フェライトの面積率[%]は撮影した10視野のミクロ組織写真を、ポイントカウント法(ASTM E562-83(1988)に準拠)により、面積率を測定し、定量化した。ラス状の組織はマルテンサイト、焼戻しマルテンサイトおよびベイナイトとし、ラメラ組織はパーライトとした。残部組織の明暗コントラストからフェライトと残留オーステナイトの区別可能であり、暗部はフェライト、明部は残留オーステナイトとした。結果を表5に示す。
採取した試験片について、JIS G0551:2013に準じて旧オーステナイト粒径を測定した。具体的には、採取した試験片を研磨して、板厚1/4位置の断面(圧延方向に平行な断面)を露出させた。露出させた断面を、腐食液(ピクリン酸、界面活性剤、シュウ酸を含有する水溶液)で旧オーステナイト組織を現出させ、板厚1/4位置にて光学顕微鏡を用い、1000倍の倍率で10視野撮影して、旧オーステナイト粒の平均の円相当直径を測定した。結果を表5に示す。
かくして得られた熱間プレス部材のハット底部の位置から、JIS5号試験片(標点間距離GL:50mm)を採取し、引張強さ(TS)を求めた。具体的には、採取した試験片について、JISZ 2241:2011の規定に準拠して、引張試験を行ない、引張強さ(TS)[MPa]を求めた。熱間プレス部材ごとに引張試験は2回ずつ行ない、2回の平均値を、その熱間プレス部材のTSとした。TSが1300MPa以上1760MPa未満を合格とした。結果を表5に示す。
熱間プレス部材のハット底部の位置から4点曲げ試験片を採取し、ASTM G39-99(2016)に準拠して4点曲げ試験を実施した。チオシアン酸アンモニウム(NH4SCN)5g,クエン酸(C6H8O7)50.93g,リン酸水素二ナトリウム(Na2HPO4)185.40gを水10Lに溶解させ,溶液のpHが5.0になるように調製した溶液を作製し、4点曲げ試験を実施した試験片を作製した常温の溶液に浸漬して耐遅れ破壊特性を評価した。溶液に浸漬しながら曲げ応力をかけて、破断有無を評価した。曲げ応力を0.8×TSとして、100時間以上破断しない場合は耐遅れ破壊特性を良好(○)、100時間未満で破断した場合は耐遅れ破壊特性を劣(×)とした。試験片のn数は2で試験を実施した。2本とも破断ない場合を良好(〇)、1本でも破断した場合を劣(×)とした。結果を表5に示す。
熱間プレス部材のハット底部の位置からシャルピー試験片を採取し、シャルピー衝撃試験を実施した。試験片のn数は3で試験を実施した。試験片形状は、JIS Z 2242のVノッチ試験片と同等にした。シャルピー衝撃試験を-80℃で行い、脆性破面率が50%未満となった場合を合格(○)とし、50%以上では不合格(×)とした。熱間プレス部材ごとにシャルピー試験は3回ずつ行い、3回の脆性破面率の平均値で評価をした。結果を表5に示す。
熱間プレス部材の端面を全周にわたり、打抜き端面の破面状況をマイクロスコープ(倍率:50倍)で、割れ、欠け、脆性破面等の有無を観察した。端面全周に割れ、欠け、脆性破面等がないものを○(合格)とし、割れ、欠け、脆性破面等が観察されたものを×(不合格)として、熱間プレス部材の端面割れを評価した。結果を表5に示す。
Claims (8)
- 質量%で、C:0.15%以上0.26%未満、Si:0.01%以上1.0%未満、Mn:1.0%以上3.0%以下、P:0.10%以下、S:0.010%以下、Al:0.01%以上1.5%以下、N:0.010%以下、Nb:0.005%以上0.10%以下、B:0.0005%以上0.020%以下、および、Ti:3.4N+0.01%以上、3.4N+0.2%以下[ただし、NはNの含有量(質量%)を示す]を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
フェライトが面積率で30%以上90%以下、パーライトが面積率で10%以上70%以下、残部組織が面積率で5%以下であり、
前記フェライトの平均アスペクト比が2.0以上12.0以下、前記フェライトの平均短軸長さが5.0μm以下であり、
粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を500個/μm3以上6000個/μm3以下含有し、
転位密度が、1.0×1015/m2以上であることを特徴とする熱間プレス用鋼板。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、Cr:1.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下、Sb:0.10%以下およびSn:0.10%以下からなる群から選ばれる少なくとも1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用鋼板。
- 前記成分組成は、さらに、質量%で、Mo:1.0%以下、V:1.0%以下、Bi:0.10%以下、Ca:0.10%以下、Mg:0.10%以下、REM:0.10%以下、Co:0.10%以下、Zr:0.10%以下、Ta:0.10%以下、W:0.10%以下、およびZn:0.10%以下、からなる群から選ばれる少なくとも1種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の熱間プレス用鋼板。
- 表面に、Zn系めっき層を有することを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱間プレス用鋼板。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載された熱間プレス用鋼板の製造方法であって、
鋼素材を1150℃以上に加熱し、
次いで、粗圧延を施した後、
仕上圧延において、RC温度を式(1)で定義したとき、RC温度未満での合計圧下率を20%以上80%以下、仕上圧延終了温度を(RC-200℃)以上(RC-20℃)以下とする仕上圧延を施す熱間圧延をし、
次いで、前記仕上圧延を終了後2.0s以内に冷却を開始し、
550℃以上700℃以下の冷却停止温度まで、30℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、
前記冷却停止温度で巻取り、
次いで、鋼板を前記冷却停止温度から500℃まで50℃/hr以下の平均冷却速度で冷却し、
次いで、鋼板を酸洗後、20%以上80%以下の圧下率で冷間圧延を行うことを特徴とする熱間プレス用鋼板の製造方法。
RC(℃)=850+100×C+100×N+10×Mn+700×Ti+5000×B+10×Cr+50×Mo+2000×Nb+150×V ・・・式(1)
ここで、式(1)における各元素記号は、各元素の鋼中の含有量(質量%)である。含まない元素の場合は、式中の元素記号を0として計算する。 - さらに、鋼板の表面にZn系めっき処理を施すことを特徴とする請求項5に記載の熱間プレス用鋼板の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の成分組成を含有し、
マルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、ベイナイトが面積率で合計90%以上100%以下、残部組織が面積率で10%以下であり、
旧オーステナイト平均粒径が7.0μm以下であり、
粒径が3nm以上50nm以下のTi、Nb複合析出物を500個/μm3以上6000個/μm3以下含有し、
引張強さが1300MPa以上1760MPa未満であることを特徴とする熱間プレス部材。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の熱間プレス用鋼板を、せん断加工でトリミング後、3℃/s以上200℃/s以下の平均昇温速度でAc3変態点以上1000℃以下の温度まで加熱後、この温度範囲で0s以上300s以下保持した後、Ms温度以上で熱間プレスを行うことを特徴とする熱間プレス部材の製造方法。
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