热冲压用低强度钢板、热冲压部件以及热冲压部件的制造方法与流程

1.本发明涉及热冲压用低强度钢板、使用热冲压用低强度钢板的热冲压部件、以及热冲压部件的制造方法，特别涉及热处理后的拉伸强度ts(tensile strenth)属于500～800mpa的区域，并且以屈服应力ys(yield stress)与拉伸强度ts的比(ys/ts)表示的屈服比yr(yield ratio)高且碰撞时的安全性优异的热冲压用低强度钢板、使用该热冲压用低强度钢板的热冲压部件、以及热冲压部件的制造方法。


背景技术：

2.从确保汽车的轻量化和碰撞时的安全性(以下称为“碰撞安全性”)的观点出发，需要具有高强度且屈服比yr高的钢板。此外，由于钢板的高强度化导致冷冲压成形性变差，因此提出了热冲压技术，其在加热钢板的状态下进行冲压成形，由此同时实现成形性和高强度化。
3.利用该技术制造的热冲压部件的拉伸强度ts主要属于1.5gpa级以上。但是近年来，提出了拉伸强度ts为1.5gpa以下的各种热冲压部件，如专利文献1所示的拉伸强度ts为500mpa以上的钢部件、专利文献2所示的拉伸强度ts为600～1000mpa级的高强度部件、以及专利文献3所示的拉伸强度ts为700～1300mpa级的钢部件等。
4.至今为止提出的热冲压部件均通过热冲压工艺实现组织控制，并控制拉伸强度ts。故此，实际上热冲压部件的拉伸强度ts较大地依赖于热冲压工艺。虽然也可以考虑通过添加合金元素来进行提高拉伸强度ts的控制，以使钢板的拉伸强度ts不依赖于热冲压工艺，但为此需要添加大量的各种合金元素。
5.此外，至今为止提出的大部分技术一般通过包含马氏体等硬质组织来实现高强度化。但是，若采用这种组织控制来进行高强度化，则不能提高屈服比yr，而且从提高碰撞安全性的观点出发，为了提高屈服应力ys而需要进行如回火等的热处理。
6.本发明鉴于如上所述的情况而做出，其目的在于提供不大依赖于热冲压工艺就可以制造屈服比yr为70％以上且拉伸强度ts为500～800mpa的热冲压部件的热冲压用低强度钢板、使用该热冲压用低强度钢板的热冲压部件、以及热冲压部件的制造方法。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本专利公报第5726419号
10.专利文献2：日本专利公报第4452157号
11.专利文献3：日本专利公报第4427462号


技术实现要素：

12.本发明人们从实现不大依赖于热冲压工艺就可以制造热冲压部件的热冲压用低强度钢板的观点出发，进行了专心研究。其结果，发现：如果通过适当调整化学成分组成来
使钢板的ac3点(℃)上升并减少使淬透性提高的元素，由此制成具有以铁素体为主体的组织的钢板，则能够降低热冲压等热处理时的奥氏体比率，并且能够发挥下述(1)及(2)的作用。基于该见解进一步进行研究，从而完成了本发明。
13.(1)通过尽量减少热冲压工艺中的组织变化，从而可以不大依赖于该工艺而获得指定的强度；
14.(2)通过使热处理后的组织难以生成马氏体组织，从而可以提高屈服比yr。
15.即，本发明一个方面涉及热冲压用低强度钢板，
16.该钢板以质量％计，满足
17.c：0.005～0.12％、
18.si：0.50～2.0％、
19.mn：0.50％以下(不含0％)、
20.al：0.010～1.0％、
21.p：0.1000％以下(不含0％)、
22.s：0.0100％以下(不含0％)、
23.n：0.0100％以下(不含0％)、以及
24.o：0.0100％以下(不含0％)，
25.余部为铁和不可避免的杂质，
26.下述式(1)所示的ac3点(℃)为890℃以上，并且钢板厚度的1/4深度处的铁素体的面积率为80％以上，
27.ac3点(℃)＝910-203
×
[c]
1/2
+44.7
×
[si]-30
×
[mn]+700
×
[p]+400
×
[al]+400
×
[ti]
ꢀꢀ
(1)
[0028]
上述式(1)中，[c]、[si]、[mn]、[p]、[al]、[ti]是以质量％计分别表示c、si、mn、p、al、ti的含量的值。
[0029]
上述的本发明的目的、特征以及优点通过以下的详细记载和附图将更加明了。
附图说明
[0030]
图1是表示设想了热冲压工艺的热处理模式的示意图。
[0031]
图2是表示热处理后的拉伸强度ts与屈服应力ys之间的关系的坐标图。
具体实施方式
[0032]
发明人们为了实现上述目的从各种角度进行了研究。其结果，发现：如果通过适当调整化学成分组成来使钢板的ac3点(℃)上升，由此制成具有以铁素体为主体的组织的钢板，则可以成功地实现上述目的，从而完成了本发明。
[0033]
本发明可以实现不大依赖于热冲压工艺就可以制造屈服比yr为70％以上且拉伸强度ts为500～800mpa的热冲压部件的热冲压用低强度钢板。
[0034]
在本实施方式的热冲压用低强度钢板中，将化学成分组成如上所述地设定的理由如下。以下，化学成分组成中的％是指质量％。
[0035]
本实施方式的热冲压用低强度钢板满足c：0.005～0.12％、si：0.50～2.0％、mn：0.50％以下(不含0％)、al：0.010～1.0％、p：0.1000％以下(不含0％)、s：0.0100％以下(不
含0％)、n：0.0100％以下(不含0％)、以及o：0.0100％以下(不含0％)。
[0036]
[c：0.005～0.12％]
[0037]
c是确保钢板的强度的元素。此外，c是通过降低ac3点来使热处理后的组织中容易生成马氏体，并且使热冲压部件的强度上升的元素。如果该c量过多，则导致热冲压部件的屈服比yr降低，因此其上限需要为0.12％以下。c量优选为0.10％以下，更优选为0.08％以下。另一方面，过度减少c量会导致制造成本增加，因此设为0.005％以上。c量优选为0.007％以上，更优选为0.010％以上。
[0038]
[si：0.50～2.0％]
[0039]
si在使ac3点上升、使热处理时的奥氏体比率减少、使热冲压部件的热冲压工艺依赖性降低的方面是重要的元素。此外，si是通过铁素体的固溶强化而有助于确保热冲压部件的强度的元素。为了发挥该效果，si量设为0.50％以上。si量优选为0.70％以上，更优选为1.0％以上。但是，如果si量过多，则在制造钢板时会引起酸洗性劣化以及镀覆性恶化。因此，si量设为2.0％以下。si量优选为1.8％以下，更优选为1.6％以下。
[0040]
[mn：0.50％以下(不含0％)]
[0041]
mn使ac3点降低，因此在本发明中是不合适的元素。此外，mn是使热处理时的奥氏体比率上升、使热冲压部件的热冲压工艺依赖性提高的元素。而且，mn提高淬透性、使热冲压部件的组织中容易生成马氏体、使热冲压部件的屈服比yr降低。因此，mn量设为0.50％以下。mn量优选为0.40％以下，更优选为0.30％以下。另一方面，过度减少mn量会导致制造成本增加，因此设为超过0％。mn量的下限优选为0.005％以上，更优选为0.01％以上。
[0042]
[al：0.010～1.0％]
[0043]
al是作为脱氧剂起作用的元素。此外，al与si同样，是使aca点上升、使热处理时的奥氏体比率减少、使热冲压部件的热冲压工艺依赖性降低的元素。此外，al是固溶于铁素体，通过铁素体的固溶强化而有助于确保热冲压部件的强度的元素。为了发挥该效果，al量设为0.010％以上。al量优选为0.020％以上，更优选为0.025％以上。但是，过多含有al会导致制造成本增加，因此al量设为1.0％以下。al量优选为0.80％以下，更优选为0.70％以下。
[0044]
[p：0.1000％以下(不含0％)]
[0045]
p是不可避免地含有的元素，是使钢板的焊接性劣化的元素。此外，p也是具有有助于铁素体相的固溶强化的效果的元素。为了发挥该效果并且不让钢板的焊接性劣化，p量设为0.1000％以下。p量优选为0.0500％以下，更优选为0.0200％以下。需要说明的是，p是钢中不可避免地混入的杂质，在工业生产中不可能使其量成为0％，通常含有0.0005％以上。
[0046]
[s：0.0100％以下(不含0％)]
[0047]
s是不可避免地含有的元素，使钢板的焊接性劣化。因此，s量设为0.0100％以下。s量优选为0.0080％以下，更优选为0.0050％以下。由于s量尽可能少为佳，因此下限没有特别限定。但是，在工业生产中不可能使其量成为0％，通常含有0.0001％以上。
[0048]
[n：0.0100％以下(不含0％)]
[0049]
n是不可避免地含有的元素，如果过多含有，则会生成aln，使固溶al的效果降低。因此，n量设为0.0100％以下。n量优选为0.0080％以下，更优选为0.0050％以下。由于n量尽可能少为佳，因此下限没有特别限定。但是，在工业生产中不可能使其量成为0％，通常含有0.0001％以上。
[0050]
[o：0.0100％以下(不含0％)]
[0051]
o是不可避免地含有的元素，如果过多含有，则会形成氧化物，使固溶si降低而造成铁素体的强度降低。因此，o量设为0.0100％以下。o量优选为0.0050％以下，更优选为0.0030％以下。由于o量尽可能少为佳，因此下限没有特别限定。但是，在工业生产中不可能使其量成为0％，通常含有0.0001％以上。
[0052]
本实施方式的热冲压用低强度钢板的基本成分如上所述，余部为铁和除上述p、s、n、o以外的不可避免的杂质。作为该不可避免的杂质，在不损害本发明的效果的范围内，可以容许混入根据原料、材料、制造设备等的状况而被带入的偶存元素(tramp element)(pb、bi、sb、sn等)。
[0053]
本实施方式的热冲压用低强度钢板还可以含有ti和nb中的至少一种作为其它元素，通过含有这些元素，可以进一步改善钢板的特性。
[0054]
[ti：0.10％以下(不含0％)和nb：0.10％以下(不含0％)中的至少一种]
[0055]
ti和nb是碳化物形成元素，是有助于钢板的组织微细化的元素。通过钢板的组织微细化，虽然促进热处理时的逆相变，但是在热冲压工艺的冷却过程中促进生成铁素体，可以提高热冲压部件的铁素体比率。该效果随着ti和nb的含量增加而增大，但若过多含有则会发生冷轧性变差的不良情况。基于该观点，分别含有0.10％以下。优选为0.07％以下，更优选为0.05％以下。可以含有ti和nb中的任一种，也可以含有两种。此外，即使微量也能发挥上述效果，ti和nb的含量下限没有限定，但为了更有效地发挥上述效果，优选含有0.005％以上。
[0056]
本实施方式的热冲压用低强度钢板的用下述式(1)所示的ac3点(℃)为890℃以上。
[0057]
ac3点(℃)＝910-203
×
[c]
1/2
+44.7
×
[si]-30
×
[mn]+700
×
[p]+400
×
[al]+400x[ti]
ꢀꢀ
(1)
[0058]
上述式(1)中，[c]、[si]、[mn]、[p]、[al]、[ti]是以质量％计分别表示c、si、mn、p、al、ti的含量的值。
[0059]
《莱斯利钢铁材料学》(丸善株式会社，1985年5月31日出版，第273页)记载了aca点(℃)基于下述式(2)计算而可以求出。上述式(1)是考虑所含元素的种类而将下述式(2)简化的式。即，在本实施方式的热冲压用低强度钢板中，着眼于使ac3点(℃)上升且其它特性恶化的可能性少的si和al，并且减少了使ac3点(℃)降低的c、mn等。
[0060]
ac3点(℃)＝910-203
×
[c]
1/2-15.2
×
[ni]+44.7
×
[si]+104
×
[v]+31.5
×
[mo]+13.1
×
[w]-[30
×
[mn]+11
×
[cr]+20
×
[cu]-700
×
[p]-400
×
[al]-120
×
[as]-400
×
[ti]]
ꢀꢀ
(2)
[0061]
上述式(2)中，[c]、[ni]、[si]、[v]、[mo]、[w]、[mn]、[cr]、[cu]、[p]、[al]及[ti]是以质量％分别表示c、ni、si、v、mo、w、mn、cr、cu、p、al、as及ti的含量的值。
[0062]
在本实施方式的热冲压用低强度钢板中，需要将钢板厚度的1/4深度处的铁素体的面积率设为80％以上。需要说明的是，将铁素体面积率的测量部位设为钢板厚度的1/4深度处的理由在于因为它是表示钢板最具代表性的特性的部位。
[0063]
在本实施方式中，铁素体的面积率是用点计数法测定的值。该点计数法是在铁素体以外的其它组织也混合存在的情况下，当计算混合组织与铁素体晶粒的面积百分率时则适合使用的方法，其是拍摄被检测面(使钢板厚度的1/4深度处露出的面)，并在拍摄照片上
放置规定的方格线来计算铁素体晶粒所占的网格点中心的数量的方法。在后述的实施例中，以方格线划分的格子(正方形)的数量为100的条件进行了计算。需要说明的是，求出铁素体面积率时的组织观察根据铁素体晶粒的大小而使用光学显微镜或扫描显微镜(倍率：400～1000的范围)，但所测定的数值不变。
[0064]
如上所述，通过适当控制化学成分组成的设计，并提高钢板的铁素体面积率，从而可以降低优先逆相变为奥氏体的如珠光体、贝氏体及马氏体等含c的组织比率。通过提高钢板的铁素体面积率，可以延缓向奥氏体的逆相变，降低热处理时的奥氏体比率，可以在不让热处理后的钢板的拉伸强度ts极端提高的情况下确保屈服应力ys，可以提高屈服yr比。
[0065]
从该观点出发，本实施方式的热冲压用低强度钢板中的铁素体的面积率需要设为80％以上。铁素体的面积率优选为84％以上，更优选为86％以上。或者，也可以为100％。本实施方式的热冲压用低强度钢板的组织只要铁素体的面积率为80％以上即可，也可以含有少量的上述珠光体、贝氏体及马氏体等作为其以外的组织。或者，也可以含有残余奥氏体。
[0066]
需要说明的是，从上述要旨而言，优选尽量不含有降低铁素体面积率的元素。例如，b具有抑制由奥氏体晶界生成和成长多边形铁素体的作用，其结果，起到降低铁素体的面积率的作用。优选尽量不含有如b那样降低铁素体面积率的元素。但是，如果是不造成如上所述的坏影响的程度，则可以容许含有例如0.0005％以下。
[0067]
不言而喻，本实施方式的热冲压用低强度钢板包含热轧钢板和冷轧钢板，而且也可以在这些热轧钢板和冷轧钢板上具有热浸镀锌层(gi：hot dip-galvanized)或合金化热浸镀锌层(ga：alloyed hot dip-galvanized)，热浸镀锌钢板(gi钢板)和合金化热浸镀锌钢板(ga钢板)也包含在本发明中。
[0068]
本说明书如上所述地公开了各种实施方式的技术，将其中的主要的技术概括如下。
[0069]
本实施方式的热冲压用低强度钢板以质量％计满足c：0.005～0.12％、si：0.50～2.0％、mn：0.50％以下(不含0％)、al：0.010～1.0％、p：0.1000％以下(不含0％)、s：0.0100％以下(不含0％)、n：0.0100％以下(不含0％)、以及o：0.0100％以下(不含0％)，余部为铁和不可避免的杂质，所述式(1)所示的ac3点(℃)为890℃以上，并且钢板厚度的1/4深度处的铁素体的面积率为80％以上。
[0070]
通过采用该构成，可以实现不大依赖于热冲压工艺就可以制造屈服比为70％以上且拉伸强度为500～800mpa的热冲压部件的热冲压用低强度钢板。
[0071]
本实施方式的热冲压用低强度钢板还可以含有ti：0.10％以下(不含0％)和nb：0.10％以下(不含0％)中的至少一种，根据所含有的成分，可以进一步改善钢板的特性。
[0072]
本实施方式的热冲压用低强度钢板作为通过与热处理后的拉伸强度为1000mpa以上的钢板组合来制造拼焊部件的钢板而有用。在通常的热冲压工艺中，压制成形前的加热温度被设定为奥氏体的单相区温度(即，高于ac3点的温度)。并且，用模具将加热到温度区域的钢板边冷却边压制成形，从而使其成为热压制部件。
[0073]
关于热处理后的拉伸强度为1000mpa以上的钢板而言，该钢板的ac3点通常被设定为低于860℃的温度。因此，如果将热处理后的拉伸强度为1000mpa以上的钢板和本实施方式的热冲压用低强度钢板通过焊接等进行拼焊，然后加热至860℃以上且热冲压用低强度钢板的ac3点以下的温度范围后进行热冲压，就可以得到具有拉伸强度1000mpa以上的区域
和500～800mpa的区域的拼焊材料。
[0074]
即，上述加热温度范围在热处理后的拉伸强度为1000mpa以上的钢板中成为奥氏体区域，在其后冷却时生成马氏体或贝氏体，变成高强度的钢板。此外，在本实施方式的热冲压用低强度钢板中，上述加热温度范围成为奥氏体和铁素体的两相区域，在其后冷却时抑制马氏体及贝氏体等的生成，成为以铁素体为主体的组织，变成低强度的钢板。如上所述，在热冲压工艺中，压制成形前的加热温度被设定为奥氏体的单相区温度，具体而言为900
±
50℃的温度范围，但在本发明中，在900
±
50℃的温度范围内，根据被拼焊的各钢板的ac3点适当设定热冲压时的加热温度范围即可。
[0075]
根据上述要旨可以看出：通过包含将本实施方式的热冲压用低强度钢板加热到所述ac3点(℃)以下和进行热冲压的操作，从而不仅可以制造拼焊材料，而且还可以制造发挥所需的特性的热冲压部件。即，使用本实施方式的热冲压用低强度钢板的热冲压部件成为具有屈服比为70％以上且拉伸强度为500～800mpa的特性的热冲压部件。
[0076]
以下，基于实施例更具体地示出本发明的作用效果，但下述实施例并不用来限定本发明，根据前述及后述的要旨进行设计变更均包含在本发明的技术范围内。
[0077]
实施例
[0078]
制造了下述表1所示的化学成分组成(钢种a～h)的各种钢材，并在下述表2所示的热轧条件下制作了各种钢板(试验no.1～8)。需要说明的是，下述表1所示的钢种a～f为实验室制备的例子，钢种g、h为实际设备生产的例子。此外，表1中所示的ac3点是基于所述式(1)计算出的值。表1中，[-]栏表示未添加，或者低于测定极限。此外，p、s、n、o是如上所述的不可避免的杂质，p、s、n、o栏中所示的值表示不可避免地包含的量。需要说明的是，实验no.7的ga钢板中的钢板厚度是将表面研磨0.2mm来去除合金化热浸镀锌层后的厚度。此外，实验no.8的热轧钢板中的钢板厚度是将表面研磨0.2mm来去除氧化皮后的厚度。
[0079][0080]
表2
[0081][0082]
对所得到的各种钢板，通过上述的点计数法测定了铁素体的面积率(以下称为“铁素体比率”)，并实施了所设想的热冲压工艺的热处理，然后通过下述方法评价了热处理后的钢板的拉伸特性。此时的热处理条件是基于以下参考文献1、2并通过热处理模拟机进行的。图1示意性地示出了所设想的热冲压工艺的热处理模式。
[0083]
参考文献1：社团法人汽车技术会学术演讲会预印本，no.72-07，第14页
[0084]
参考文献2：金属成形，国际钢铁研究(metal forming，steel research int.)79(2008)，no.2，第81页
[0085]
需要说明的是，图1所示的热处理模式表示：将钢板以10℃/秒的升温速度加热至890℃，在该温度下保持300秒，然后以20℃/秒的冷却速度冷却至750℃后，以40℃/秒的冷却速度冷却至450℃，进一步以约5℃/秒的冷却速度冷却至室温(25℃)。
[0086]
[拉伸特性的测定]
[0087]
拉伸强度ts和屈服应力ys是通过提取jis 5号试验片(板状试验片)并按照jis z 2241：2011实施拉伸试验而求出的。关于此时的屈服应力ys而言，在出现明确的屈服点的情况下，测定了上屈服点uyp(upperyieldpoint)，在没有出现屈服点的情况下，基于上述jis的规定，求出了0.2％屈服强度σ
0.2
。关于合格基准而言，将拉伸强度ts在500～800mpa的范围且屈服比yr为70％以上的情况视为合格。
[0088]
将这些结果与适用钢种(钢种a～h)一起示于下述表3中。
[0089][0090]
从该结果可以考察到以下情况。实验no.1～4为化学成分组成、ac3相变点(℃)和铁素体比率在本发明中规定的范围内的本发明例，可知：可以确保热处理后的拉伸强度ts为500～800mpa且屈服比yr为70％以上。
[0091]
相对于此，实验no.5～8是不满足本发明中规定的任一要件的比较例，没有获得所
期望的特性。具体而言，实验no.5是使用了mn量过多(b量也过多)的钢种e的例子，是ac3相变点(℃)低于890℃且铁素体比率低的钢板，热处理后的钢板的屈服比yr小于70％。实验no.6是使用了si量少且mn量过多(b量也过多)的钢种f的例子，是ac3相变点(℃)低于890℃且铁索体比率低的钢板，热处理后的钢板的屈服比yr小于70％。
[0092]
实验no.7是应用于ga钢板的例子，其是使用了si量少且mn量过多的钢种g并且ac3相变点(℃)低于890℃且铁素体比率低的钢板，热处理后的钢板的屈服比yr小于70％。实验no.8是应用于热轧钢板的例子，其是使用了si量少且mn量过多的钢种h并且ac3相变点(℃)低于890℃且铁素体比率低的钢板，热处理后的钢板的屈服比yr小于70％。
[0093]
基于这些结果，将热处理后的拉伸强度ts与屈服应力ys之间的关系示于图2。需要说明的是，在图2中，线l表示屈服比yr为70％的边界线，包括线l在内的上部区域表示屈服比yr为70％以上，线l下方的区域表示屈服比yr小于70％。此外，在图2中，“实验no.”缩写为“no.”。
[0094]
根据该结果明确可知：在本发明例(no.1～4)中，不大依赖于热冲压工艺就可以制造屈服比为70％以上且拉伸强度ts为500～800mpa的热冲压部件(热处理后的钢板)。
[0095]
本技术以2019年8月27日申请的日本国专利申请特愿2019-154727为基础，其内容包含在本技术中。
[0096]
为了表述本发明，在上文中参照具体例等并通过实施方式适当且充分地说明了本发明，但是应该认识到只要是本领域技术人员就能够容易地对上述的实施方式进行变更和/或改良。因此，本领域技术人员实施的变形实施方式或改良实施方式，只要是没有脱离权利要求书记载的权利要求的保护范围的水平，则该变形实施方式或该改良实施方式可解释为被包含在该权利要求的保护范围内。
[0097]
产业上的可利用性
[0098]
本发明在有关热冲压用钢板以及热冲压部件的技术领域中具有广泛的产业上的可利用性。