(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量割合で、
Ｃ：０．１５％以上０．３５％以下、  
Ｓｉ：１．１０％以上３．０％以下、
Ｍｎ：１．０％以上３．０％以下、
Ａｌ：０％超０．１０％以下、
Ｔｉ：（［Ｎ］×４８／１４）％以上０．１０％以下、但し、前記［Ｎ］は鋼板中のＮ量を示す、
Ｂ：５ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下、
Ｐ：０％超０．０１５％未満、
Ｓ：０％超０．０１０％以下、および
Ｎ：０％超０．０１０％以下
を含み、残部が鉄および不可避不純物であり、鋼板最表面から板厚方向に１０μｍの深さまでの平均酸素濃度が０．７０質量％以上であることを特徴とする熱間成形用鋼板。
【請求項２】
更に他の元素として、質量割合で、
Ｃｒ：０％超１．０％以下を含む請求項１に記載の熱間成形用鋼板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱間成形用鋼板を加熱し、熱間プレス成形することによって、鋼部材を製造する方法であって、
前記加熱を、加熱温度１１００℃以下で行い、かつ加熱開始から熱間プレス成形終了までの間の、酸化性雰囲気かつ８００℃以上の滞在時間を４０秒以下とし、かつ前記熱間プレス成形の開始温度を６００℃以上とすることを特徴とする熱間プレス成形鋼部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間成形用鋼板と、該熱間成形用鋼板を用いた熱間プレス成形鋼部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用鋼部品の衝突安全性と軽量化の両立を達成するため、該鋼部品を構成する素材の高強度化が進められている。一方、上記鋼部品を製造するにあたっては、用いる鋼板に高い加工性が求められる。しかしながら、高強度化された鋼板に対して冷間加工、例えば冷間プレス成形を施す場合、プレス成形荷重が増大したり、寸法精度が著しく劣化するなどの問題がある。
【０００３】
上記問題を解決する方法として、素材である鋼板を加熱した状態でプレス成形し、成形と高強度化を同時に実現させて鋼部材を得る熱間プレス成形法がある。この方法では、高温状態にある鋼板を、パンチやダイといった金型により成形すると共に、成形下死点で保持冷却することによって、鋼板から前記金型への抜熱急冷を行い、素材の焼き入れを実施する。こうした成形法を実施することによって、寸法精度が良く、かつ高強度の成形品を得ることができる。更には、冷間で同じ強度クラスの鋼部材を成形する場合と比較して、成形荷重を低減できる。
【０００４】
しかし上記方法では、鋼板表面に形成されたスケールが熱間プレス成形時に脱落し、金型に付着して金型が汚染したり、脱落したスケールが鋼板表面に押し込まれて鋼部材の表面にキズが生じるといった問題がある。
【０００５】
上記問題を解決した技術として、例えば特許文献１には、鋼板表層部におけるＳｉおよびＡｌの含有量を鋼板内部に比して高くすることにより、熱処理時の高温加熱におけるスケールの生成を抑制することができること；および上記鋼板表層部を形成するには、熱間圧延工程および焼鈍工程における諸条件を好適化するのがよいこと；が記載されている。特許文献２には、熱間加工に供する鋼板のＣｒ含有量を１．０％超とすれば加熱中のスケール生成が抑制され、また、鋼板のＳ含有量を０．００１％以下に低減することで熱間でのスケール密着性が向上し、結果として、熱間加工に際してのスケール剥離量が著しく低減することが示されている。
【０００６】
特許文献３には、鋼板組成において、Ｓ含有量を０．００１％以下に低減し、かつ０．０００２％以上の希土類元素を含有させれば、生成したスケールの密着性が向上することが示されている。特許文献４には、鋼板組成において、Ｓ含有量を０．００１％以下に低減することで生成したスケールの密着性が向上し、また、０．２％以上のＡｌを含有させることでスケールの成長が抑制され、結果として、熱間加工に際してのスケール剥離量が低減することが示されている。
【０００７】
ところで合金元素の中でも、Ｓｉは、延性を確保しつつ高強度化を図るのに有効な元素である。よって強度−延性バランスに優れた鋼板としてＳｉ含有量を高めた鋼板が用いられる。またＳｉは、熱間プレスによる鋼部材の製造において、成形過程で生成するマルテンサイトの自己焼き戻しを抑制する優れた効果を発揮し、鋼部材の硬さばらつき低減にも有用な元素である。しかし上記特許文献１〜４はいずれも、鋼板のＳｉ含有量が少なく、製造した部材の硬さ安定性に問題がある。
【０００８】
特許文献５は、鋼板表面に、面積率が７％以上で１０個／１００００μｍ2以上の凹部を分散させること、また特許文献６では、鋼板表面を、断面観察による表面線長Ｌ１と直線線長Ｌ２、表面線長比Ｒとした場合に、Ｒ＝Ｌ１／Ｌ２×１００≧１１０％を満足するような凹凸を有する形状とし、その凹部に熱間プレス時にスケールの底部が入り込んで地鉄界面にスケールが密着し、熱間プレス時のスケール剥離を防止できることが示されている。また、上記特許文献５や特許文献６では、上記の鋼板表面を形成するため、酸洗による溶削量を２０μｍ以下とする、つまり地鉄が均一に溶解するまで酸洗を十分に行うことなく、酸洗板の表面に凹部が残存した状態とすることによって、スケールの物理的密着性を上げることが示されている。尚、特許文献５及び６の実施例で使用の鋼板は、Ｓｉ含有量が少ないか、Ｍｎ含有量が低くなっているが、Ｍｎ含有量が低いと、熱間プレス後の部材硬さばらつきが大きくなるといった問題がある。
【０００９】
上記特許文献１〜６のいずれの技術も、熱間プレス時のスケール生成抑制によりスケール脱落・剥離を抑制する技術ではあるが、実操業における熱間プレス成形では加熱温度や加熱時間などの変動がある。よって、熱間プレス成形条件によっては、スケール脱落・剥離が生じうる場合がある。特に、上記熱間プレス成形条件を厳しく制御する必要のある部位では、上記技術だけで確実にスケールの脱落・剥離を防止することができないといった問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−０９９１４９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７４３０２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７４３０６号公報
【特許文献４】特開２０１０−１７４３０７号公報
【特許文献５】特開２００８−２４００４６号公報
【特許文献６】特開２００８−２４００４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、Ｓｉ量を多く含む鋼板を用いて熱間プレス成形を行い鋼部材を製造する方法であって、熱間プレス成形条件を狭い範囲に制御しなくとも、該熱間プレス成形途中のスケール脱落・剥離が確実に抑えられて良好に熱間プレス成形でき、外観性状の優れた鋼部材を製造することのできる方法、更には該方法に有用な熱間成形用鋼板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決し得た本発明の熱間成形用鋼板は、
質量割合で、
Ｃ：０．１５％以上０．３５％以下、
Ｓｉ：１．０％以上３．０％以下、
Ｍｎ：１．０％以上３．０％以下、
Ａｌ：０％超０．１０％以下、
Ｔｉ：（［Ｎ］×４８／１４）％以上０．１０％以下、但し、前記［Ｎ］は鋼板中のＮ量を示す、
Ｂ：５ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下、
Ｐ：０％超０．０１５％未満、
Ｓ：０％超０．０１０％以下、および
Ｎ：０％超０．０１０％以下
を含み、残部が鉄および不可避不純物であり、鋼板最表面から板厚方向に１０μｍの深さまでの平均酸素濃度が０．７０質量％以上であるところに特徴を有する。
【００１３】
前記熱間成形用鋼板は、更に他の元素として、質量割合で、
Ｃｒ：０％超１．０％以下、
Ｍｏ：０％超０．５％以下、ならびに、
Ｖ、Ｎｂ、およびＷの１種以上：０％超０．５％以下
よりなる群から選択される１種以上の元素を含むことが好ましい。
【００１４】
本発明には、前記熱間成形用鋼板を用いて熱間プレス成形鋼部材を製造する方法も含まれる。該製造方法は、前記熱間成形用鋼板を加熱し、熱間プレス成形することによって、鋼部材を製造する方法であって、前記加熱を、加熱温度１１００℃以下で行い、かつ加熱開始から熱間プレス成形終了までの間の、酸化性雰囲気かつ８００℃以上の滞在時間を４０秒以下とし、かつ前記熱間プレス成形の開始温度を６００℃以上とするところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、Ｓｉ量の比較的高い鋼板を用いた熱間プレス成形において、熱間プレス成形条件を狭い範囲に制御しなくとも、該熱間プレス成形途中のスケールの脱落・剥離を確実に抑えることができ、良好に熱間プレス成形できる。その結果、鋼部材として、外観に押しキズ等なく美麗でありかつ高強度のものが得られる。また、金型の汚染も抑制されるため、金型手入れの回数を大幅に減らすことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施例におけるグロー放電発光分析法（Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＧＤＯＥＳ）の測定結果を示し、ａは表２の鋼板Ｎｏ．２、ｂは表２の鋼板Ｎｏ．１の各結果を示す。
【図２】図２は、鋼板の表層を含む板厚方向断面のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真であり、ａは表２の鋼板Ｎｏ．２、ｂは表２の鋼板Ｎｏ．１の各写真を示す。
【図３】図３は、実施例における熱間成形試験で用いた熱間加工再現試験装置の概略側面図である。
【図４】図４は、実施例における熱間成形試験での加熱・冷却パターンを示した図である。
【図５】図５は、実施例における鋼部材表面の写真であり、ａは表３−１の実験Ｎｏ．１１Ｂ、ｂは表３−１の実験Ｎｏ．１１Ａの各鋼部材の写真を示す。
【図６】図６は、実施例における熱間プレス成形条件とスケール密着性の関係を示した図であり、Ａは鋼板Ｎｏ．２を使用した場合、Ｂは鋼板Ｎｏ．３を使用した場合、Ｃは鋼板Ｎｏ．１を使用した場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、前記課題を解決するため、まず、熱間プレス成形に用いる鋼板に着目して鋭意研究を行った。その結果、鋼板の内部、具体的には、鋼板最表面から板厚方向に深さ１０μｍまでの領域に酸化物が存在する状態、即ち、内部酸化層を有する、具体的には、粒界と粒内の少なくとも一方に酸化物が存在する状態とすればよい、との思想に想到し、本発明を完成するに至った。以下では、熱間プレス成形に用いる鋼板を「ブランク」ということがある。また以下では、前記鋼板最表面から板厚方向に深さ１０μｍまでの領域を「表層」ということがある。
【００１８】
上記内部酸化層を有する鋼板を、大気中などの酸化性雰囲気中で高温にさらすと、内部酸化層を含む表層が全面的に酸化スケール層へと変化する。その際に、内部酸化層を構成していた酸化物、具体的にはＳｉやＭｎなどの元素を含む内部酸化粒子が、地鉄との界面に凝集していく。この地鉄の界面に凝集した内部酸化粒子が、地鉄と酸化スケールとの密着性を高め、その結果、熱間プレス成形時の酸化スケールの剥離・脱離が抑制される、つまりスケール高温密着性を向上できると推定される。
【００１９】
本発明では、上記内部酸化の程度を把握するため、鋼板最表面から板厚方向に１０μｍの深さまでの平均酸素濃度を指標とした。以下、この「鋼板最表面から板厚方向に１０μｍの深さまでの平均酸素濃度」を「表層酸素濃度」という。この表層酸素濃度を指標とする理由は、後述する実施例に示す通り、鋼板最表面から板厚方向に１０μｍの深さまでの領域の酸素濃度が、高温での酸化スケールの密着性向上に寄与していると判断したためである。
【００２０】
本発明では、種々の表層酸素濃度を有する鋼板を用いて、熱間プレス成形を行い、得られた鋼部材の表面性状を、後述する実施例に示す通り目視で観察し、鋼板の表層酸素濃度と得られた鋼部材の表面性状との関係を調べた。その結果、上記表層酸素濃度を０．７０質量％以上とすれば、熱間プレス成形条件を狭い範囲に制御しなくとも、熱間プレス成形時に鋼板表面からのスケール脱落・剥離が確実に抑制されて、得られる鋼部材は良好な外観を示すことを見出した。前記表層酸素濃度は、好ましくは０．８０質量％以上、より好ましくは０．８５質量％以上、更に好ましくは０．８５質量％超、より更に好ましくは０．９０質量％以上である。該表層酸素濃度を満たす鋼板を用いて得られた熱間プレス鋼部材は、熱間プレス後に、従来より行われているショットブラスト等の手法で酸化スケールを除去でき、その後の溶接や塗装を問題なく実施することができる。
【００２１】
一方、前記表層酸素濃度が高すぎる鋼板の場合、鋼部材の溶接性が悪化する。この様な観点から、前記表層酸素濃度の上限はおおよそ１．３０質量％以下とすることが好ましい。前記表層酸素濃度の上限は、より好ましくは１．２０質量％以下、更に好ましくは１．１０質量％以下である。
【００２２】
上記表層酸素濃度が０．７０質量％未満の場合であっても、加熱温度や酸化性雰囲気下かつ高温での滞在時間などの熱間プレス成形条件を、限られた狭い範囲内に制御すれば、スケールの脱落・剥離が抑制される場合もある。しかし上述の通り、実操業での熱間プレス成形では加熱温度や加熱時間などの変動があり、上記狭い条件範囲内に制御することは難しい。よって上記表層酸素濃度が０．７０質量％未満の鋼板を熱間プレス成形に用いた場合は、確実にスケールの脱落・剥離を抑制することができない。
【００２３】
上記表層酸素濃度は、後述する実施例に示す通り、グロー放電発光分析法による板厚の深さ方向の酸素濃度プロファイルを測定して求めることができる。
【００２４】
上記鋼板の化学成分組成は、熱間プレス成形を良好に行い、かつ熱間プレス成形により得られる鋼部材の強度、溶接性等の特性を確保するため以下の通りとする。以下に示す化学成分組成における「％」は「質量％」であり、「ｐｐｍ」は「質量ｐｐｍ」である。
【００２５】
Ｃ：０．１５％以上０．３５％以下
高強度の鋼部材、例えば引張強度：１１８０ＭＰａ以上の鋼部材を得るため、鋼板のＣ量を０．１５％以上とする。Ｃ量は、好ましくは０．１７％以上、より好ましくは０．２０％以上である。一方、鋼部材の溶接性を考慮すると、Ｃ量の上限は０．３５％以下である。Ｃ量は、好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００２６】
Ｓｉ：１．０％以上３．０％以下
Ｓｉは、焼戻し軟化抵抗を高め、高強度を確保するのに必要な元素である。また、前述の通り強度を低下させることなく延性を向上させる効果を有し、マルテンサイトの焼き戻し軟化を抑制して、部材の硬さばらつきを低減するのにも有効な元素である。また、Ｓｉ量が少ないと内部酸化層の生成が十分に生じず、必要な表層酸素濃度が得られない。これらの効果を発揮させるため、Ｓｉ量を１．０％以上とする。Ｓｉ量は、好ましくは１．０５％以上、より好ましくは１．１０％以上、更に好ましくは１．１４％以上である。一方、Ｓｉ量が過剰になると、鋼板の表層酸素濃度も過剰となる。また、得られる鋼部材の溶接性が悪化する。よって、Ｓｉ量は３．０％以下とする。Ｓｉ量は、好ましくは２．５％以下、より好ましくは２．０％以下である。
【００２７】
Ｍｎ：１．０％以上３．０％以下
Ｍｎは、鋼板の焼入れ性を向上させ、高強度の部材を得るために必要な元素である。この観点からＭｎ量は１．０％以上とする。Ｍｎ量は、好ましくは１．１％以上、より好ましくは１．３％以上、更に好ましくは１．５％以上、より更に好ましくは１．８％以上である。しかしながら、Ｍｎ量が３．０％を超えてもその効果が飽和してコスト上昇の要因となる。よって本発明では、Ｍｎ量を３．０％以下とする。Ｍｎ量は、好ましくは２．８％以下、より好ましくは２．５％以下である。
【００２８】
Ａｌ：０％超０．１０％以下
Ａｌは脱酸のために用いる元素であり、Ａｌ量は０．０１％以上含まれうる。しかしＡｌ量が増加すると、Ａｃ3点上昇効果が大きくなり、その結果、熱間プレス時の加熱温度を高くする必要があり、鋼板表面に酸化物が形成され易くなる。また生産効率も悪くなる。よってＡｌ量は０．１０％以下とする。好ましくは０．０５０％以下である。
【００２９】
Ｔｉ：（［Ｎ］×４８／１４）％以上０．１０％以下、但し、前記［Ｎ］は鋼板中のＮ量を示す。以下同じ。
Ｔｉは、ＮをＴｉＮとして固定し、Ｂを固溶状態で存在させて焼入れ性を確保するのに有効な元素である。この観点から、Ｔｉ量は（［Ｎ］×４８／１４）％以上含有させる。通常の製鋼工程での鋼中のＮレベルを考慮すると、好ましくは０．０１５％以上である。一方、Ｔｉ量が過剰になると、鋼板強度が必要以上に高まり、切断・打ち抜き工具寿命の低下、結果としてコストアップを招く。よってＴｉ量は、０．１０％以下とする。Ｔｉ量は、好ましくは０．０７％以下、より好ましくは０．０５％以下である。
【００３０】
Ｂ：５ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下
Ｂは、鋼材の焼入れ性を向上させ、鋼部材の高強度化に寄与する元素である。この効果を発揮させるには、上記量のＴｉを含有させると共にＢを５ｐｐｍ以上含有させる。Ｂ量は、好ましくは１５ｐｐｍ以上、より好ましくは２０ｐｐｍ以上である。一方、Ｂが過剰に含まれると、ＢＮが過剰に生成して靭性の劣化を招く。よって、Ｂ量は５０ｐｐｍ以下に抑える。Ｂ量は、好ましくは４０ｐｐｍ以下、より好ましくは３５ｐｐｍ以下である。
【００３１】
本発明にかかるブランクや鋼部材といった鋼材の成分は上記の通りであり、残部は鉄および例えば、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ等の不可避不純物である。不可避不純物中のＰやＳは、溶接性等確保の観点から、Ｐ：０．０１５％未満に低減することが好ましく、より好ましくは０．０１３％以下、更に好ましくは０．０１０％以下である。またＳ：０．０１０％以下に低減することが好ましく、より好ましくは０．００８％以下、更に好ましくは０．００５％以下である。またＮ量が過剰になると、熱間成形後の靭性が劣化したり、溶接性等の劣化を招くため、Ｎ量は０．０１０％以下に抑えることが好ましく、より好ましくは０．００８０％以下、更に好ましくは０．００５０％以下である。更にＯは、表面疵の原因となるため、０．０１０％以下に抑えることが好ましく、より好ましくは０．００８％以下である。
【００３２】
また、本発明の効果を阻害しない範囲で、更にその他の元素として、下記元素を含有させることができる。
【００３３】
Ｃｒ：０％超１．０％以下、Ｍｏ：０％超０．５％以下、ならびに、Ｖ、Ｎｂ、およびＷの１種以上：０％超０．５％以下よりなる群から選択される１種以上の元素
Ｃｒは、鋼板の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。また、プレス前の加熱時にスケールが発生しにくくなるといった優れた耐酸化性の確保にも有効な元素である。これらの効果を発揮させるには、Ｃｒを０．１％以上含有させることが好ましい。より好ましくは０．２％以上である。しかしながら、Ｃｒ量が過剰になると、その効果が飽和してコスト上昇の要因となるためＣｒ量は１．０％以下とすることが好ましい。Ｃｒ量は、より好ましくは０．８％以下、更に好ましくは０．５％以下である。
【００３４】
Ｍｏは、鋼板の焼入れ性を向上させるために有効な元素である。この効果を発揮させるためには、Ｍｏを０．０５％以上含有させることが好ましい。Ｍｏ量は、より好ましくは０．１０％以上である。しかしながら、Ｍｏ量が過剰になると、その効果が飽和してコスト上昇の要因となるため上限は０．５％以下とすることが好ましい。Ｍｏ量は、より好ましくは０．４％以下、更に好ましくは０．３％以下である。
【００３５】
Ｖ、Ｎｂ、Ｗは、鋼板中に炭化物として存在することで、熱間プレスのための加熱時に鋼板のミクロ組織が粗大化するのを抑制する効果を有し、鋼部材の靭性の向上に有用である。これらの元素は、単独で含有させてもよいし、２種以上を含有させてもよい。上記効果を十分に発揮させるには、これらの元素の合計量を０．０１％以上とすることが好ましい。前記合計量は、より好ましくは０．０３％以上である。しかしながら、これらの元素が過剰に含まれると、その効果が飽和してコスト上昇の要因となるため、これらの元素の合計量は０．５％以下とすることが好ましい。該合計量は、より好ましくは０．３％以下、更に好ましくは０．２％以下であり、より更に好ましくは０．１％以下である。
【００３６】
鋼板の製造方法
鋼板表層の粒界と粒内の少なくとも一方に酸化物を積極的に存在させて、規定の表層酸素濃度を満たす鋼板を得るには、（i）熱間圧延後に高温で巻き取りを行うこと；および（ii）酸洗において酸洗時間を短めとすること；が手段として挙げられる。この（i）、（ii）の手段について、以下に説明する。
【００３７】
上記（i）について
熱間圧延を、仕上げ圧延温度：例えば８５０〜９５０℃で終了した後、巻取温度：６００℃以上で巻き取る。この様に高温で巻き取ることによって内部酸化層を有する鋼板が得られる。前記巻取温度は、より好ましくは６２０℃以上、更に好ましくは６３０℃以上、より更に好ましくは６５０℃以上である。一方、巻取温度が高すぎると、鋼板の内部酸化層が厚くなり過ぎる。この様な鋼板を用いて鋼部材を製造すると、鋼部材の溶接性劣化を招く。よって、上記巻取温度の上限はおおよそ８００℃以下とするのがよい。
【００３８】
上記（ii）について
Ｓｉ量を多く含有させた鋼板の場合、例えば特開２０１２−２１９３６６号公報に示される通り、上記巻き取り後に行う酸洗は一般的に、酸洗時間を長くする等して溶解量を増加させ、鋼板表面のみならず粒界酸化物等を含む内部酸化層も除去する。しかし本発明では、上記高温巻き取りにより形成された内部酸化層を積極的に残す観点から、酸洗を必要最小限に抑える。酸洗時間を短くする点で本発明は従来技術と異なる。
【００３９】
上記酸洗条件として例えば、酸洗液の酸の種類：塩酸、硫酸、硝酸や、硝酸を含む混酸；酸濃度：５〜３０質量％；酸洗液の温度：５０〜１００℃；とすることが挙げられる。酸洗条件を設定するにあたっては、内部酸化層が除去されない酸洗条件範囲を把握するため、酸洗条件、具体的には上記酸洗液の酸の種類、酸濃度、酸洗液の温度、酸洗時間等と、酸洗後の内部酸化層の残存量との関係をあらかじめ確認することが好ましい。
【００４０】
尚、内部酸化層の溶解・除去を抑制する方法として、鋼板表面に吸着し、過剰酸洗を抑制する物質であるインヒビターを酸洗液に加えることが考えられる。しかし内部酸化層を有する鋼板の場合、この方法は有効でないことを次に説明する。通常、上記インヒビターは、酸洗工程において鋼板表面の酸化スケール層のみを除去し、地鉄の溶解を極力抑えるために添加される。内部酸化層を有しない鋼板、例えば巻取温度を低くすることで得られた鋼板を、インヒビターを含む酸洗液で酸洗する場合、鋼板表面の酸化スケール層が除去されると、上記インヒビターが地鉄表面に吸着することによって地鉄の溶解が抑制される。一方、内部酸化層を有する鋼板を、インヒビター添加の酸洗液で酸洗する場合、インヒビターを添加していても、地鉄の粒界に酸化物粒子が存在するため粒界が酸に侵食されやすく、酸洗液に浸漬させた状態に必要以上に放置すると、有用な内部酸化層まで溶解・除去される。つまり、内部酸化層の溶解・除去を抑制する方法として、過剰酸洗の抑制に一般的に使用されるインヒビターを添加する方法では不十分であり、上述の通り、酸洗条件と酸洗後の内部酸化層の残存量との関係をあらかじめ把握した上で、酸洗条件を決定するのがよい。
【００４１】
本発明の鋼板には、酸洗して得られる熱間圧延ままのものや；更に冷間圧延を行って得られる冷延鋼板；該冷延鋼板に更に焼鈍を施して得られる鋼板；が含まれる。
【００４２】
鋼部材の製造方法
上記表層酸素濃度の制御された鋼板を、熱間プレス成形に用いることによってスケールの脱落・剥離が抑制されるが、該スケールの脱落・剥離を確実に抑制するには、熱間プレス成形時の条件を下記の通り制御する必要がある。
【００４３】
加熱温度Ｔ１：１１００℃以下
熱間プレス成形前の加熱温度Ｔ１が高すぎると、スケールが生じ易くなるため、規定の鋼板を用いてもスケールの脱落が生じ易くなる。よって本発明では、上記加熱温度Ｔ１を１１００℃以下とする。好ましくは１０５０℃以下、より好ましくは１０００℃以下、更に好ましくは９８０℃以下、より更に好ましくは９５０℃以下である。一方、組織をマルテンサイト単一化し、鋼部材の高強度を確保するには、上記加熱温度を８５０℃以上とすることが好ましく、より好ましくは８８０℃以上である。
【００４４】
加熱雰囲気は、酸化性雰囲気、還元性雰囲気、または非酸化性雰囲気でもよい。上記加熱温度での保持はなくてもよいが、加熱雰囲気が酸化性雰囲気の場合、後述する「酸化性雰囲気かつ８００℃以上の滞在時間」が４０秒以下となる範囲で保持してもよい。加熱時の雰囲気が還元性雰囲気又は非酸化性雰囲気の場合は、上記滞在時間の制限によらず、１５分以下の範囲内で保持してもよい。また、室温から上記加熱温度まで昇温させる速度も、加熱雰囲気が酸化性雰囲気の場合は、上記滞在時間が４０秒以下の範囲内であれば特に限定されず、加熱雰囲気が還元性雰囲気または非酸化性雰囲気の場合は、特段限定されない。
【００４５】
加熱開始から熱間プレス成形終了までの間の、酸化性雰囲気かつ８００℃以上の滞在時間：４０秒以下
地鉄とスケールとの密着性が高くても、酸化性雰囲気における高温での滞在時間が長すぎると、酸化スケールが厚くなり、スケール内で亀裂が生じてスケールが脱落しやすくなると考えられる。よって本発明では、熱間プレス成形における加熱開始から熱間プレス成形終了までの間の、酸化性雰囲気かつ８００℃以上の滞在時間を４０秒以下と定めた。該滞在時間は、好ましくは３５秒以下、より好ましくは３２秒以下、更には３０秒以下、更には２５秒以下、更には２２秒以下であることが好ましく、特に好ましくは２０秒以下である。一方、内部酸化層を界面に凝集させる観点から、上記滞在時間の下限は５秒程度となる。
【００４６】
上記滞在時間の制限は、雰囲気が酸化性雰囲気の場合を対象とし、非酸化性雰囲気または還元性雰囲気の場合は対象でない。この非酸化性雰囲気または還元性雰囲気の場合、加熱中に全面的な酸化スケールの生成はほとんど生じないためである。よって例えば、加熱開始から上記加熱温度に到達、更に該加熱温度で保持する場合であって、この保持までが非酸化性雰囲気または還元性雰囲気であり、その後鋼板が大気雰囲気にさらされる場合には、この大気雰囲気にさらされた時点、つまり酸化性雰囲気にさらされた時点が上記滞在時間の開始時点となる。
【００４７】
熱間プレス成形の開始温度：６００℃以上
熱間プレス成形の開始温度、即ち、最初の成形においてブランクの一部が初めて金型に接触したタイミングでのブランクの温度が低すぎると、スケール自体の延性が乏しくなり、この場合も成形途中でスケール脱落が生じると考えられる。以下では、前記熱間プレス成形の開始温度を「成形開始温度」ということがある。本発明では、この成形開始温度を６００℃以上とする。成形開始温度は、好ましくは６５０℃以上、より好ましくは６８０℃以上である。尚、上記成形開始温度の上限は、例えば８００℃以下とすることができる。
【００４８】
熱間プレス成形における上記以外の条件は、特に限定されない。熱間プレス成形は、１回のみ行う他、複数回行ってもよい。成形時の下死点保持は、プレス生産性の観点から１５秒以下であって０秒、即ち、下死点保持なしを含む範囲内で行ってもよい。また離型後の冷却は、特に問わず、例えば自然放冷とすることができる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５０】
実施例１
実施例１では鋼板の評価を、次の通り行った。表１に示す化学成分組成の鋼材を、転炉で溶製し、連続鋳造で２３０ｍｍ厚のスラブを作製し、熱間圧延を行った。熱間圧延では、前記スラブを加熱炉で１２５０℃まで加熱してから粗圧延、仕上圧延を行って板厚２．３ｍｍとした後、表２に示す巻取温度まで冷却しコイル状に巻き取った。その後に酸洗を行った。酸洗液は、表２に示す通りいずれも、濃度１０質量％かつ液温：８３℃の塩酸を用いた。
【００５１】
酸洗工程では、まず予備実験として、熱延後の鋼板から５０ｍｍ角の試験片を切り出し、ラボ実験室において、酸洗液として濃度１０質量％かつ液温が８３℃の塩酸を用い、酸洗時間を種々変化させることによって、酸洗時間と内部酸化層の残存程度との関係を求めた。前記内部酸化層の残存程度は、酸洗前後の質量変化と断面観察により確認した。その結果、酸洗時間３０秒では酸化スケールのみの除去が確認され、８６秒では酸化スケールのみならず内部酸化層自体も全て除去されることを確認した。これらを確認した上で、酸洗時間を表２に示す通り変え、鋼板表面に生成した酸化スケールを除去するとともに、内部酸化層の残存程度を変化させた。
【００５２】
上記酸洗後は板厚１．４ｍｍとなるまで冷間圧延を行い、冷間圧延ままの鋼板を得た。
【００５３】
上記冷間圧延ままの鋼板を用いて、表層酸素濃度の測定と、熱間でのスケール密着性評価のための熱間成形試験を下記の要領で行った。
【００５４】
表層酸素濃度の測定
表層酸素濃度、即ち「鋼板最表面から板厚方向に１０μｍの深さまでの平均酸素濃度」の測定は、グロー放電発光分析法で行った。該分析は、ＳＰＥＣＴＲＵＭＡ  ＡＮＡＬＹＴＩＫ  ＧｍｂＨ製の機種名：ＧＤＡ７５０を用いて行った。測定条件は、測定対象を鋼板表面の直径４ｍｍの領域とし、電力５０Ｗ、２．５ヘクトパスカルのアルゴンガス中、グロー放電源（無水ＧＤＳ、無水Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）−Ｓｐｅｃｔｒｕｍａ Ａｎａｌｙｔｉｋ−Ｇｒｉｍｍ型を使用、測定パルスは５０％とした。
【００５５】
詳細には、表層酸素濃度は、上記冷間圧延ままの鋼板の幅中央部から切り出した試験片の深さ方向の酸素の濃度プロファイルを求め、最表面、即ち深さ０μｍから１０μｍ深さまでの領域の酸素濃度を積分し、その積分値を１０μｍで除して算出した。この測定を、表２の鋼板Ｎｏ．ごとに用意した上記試験片の１箇所で行った。その結果を表２に示す。
【００５６】
【表１】
0005852728.tif 000002
【００５７】
【表２】
0005852728.tif 000003
【００５８】
表２より次のことがわかる。即ち、表２の鋼板Ｎｏ．２は、酸洗時間が長すぎるため、表層酸素濃度が低くなった。これに対し、鋼板Ｎｏ．１は、熱間圧延後に高温で巻き取りし、かつ酸洗時間が短めであるため、表層酸素濃度の十分高い鋼板が得られた。鋼板Ｎｏ．３は、前記鋼板Ｎｏ．１よりも酸洗時間がやや長めであるため、表層酸素濃度は、本発明で規定の範囲内であって鋼板Ｎｏ．１よりもやや少なめとなった。
【００５９】
上記表２の鋼板Ｎｏ．２、Ｎｏ．１のＧＤＯＥＳ測定結果を、図１のそれぞれａ、ｂに示し、上記表２の鋼板Ｎｏ．２、Ｎｏ．１の鋼板の表層を含む板厚方向断面のＳＥＭ写真を、図２のそれぞれａ、ｂに示す。図２におけるＸは内部酸化層の断面観察結果を示す。尚、上記図１ａ、ｂでは、酸素の濃度プロファイルに加えてＳｉの濃度プロファイルも参考までに示している。
【００６０】
表層酸素濃度が不足し、内部酸化層がほとんどない例である鋼板Ｎｏ．２と、表層酸素濃度が一定以上であり、内部酸化層を有する例である鋼板Ｎｏ．１との、ＧＤＯＥＳ測定結果を対比すると、図１ａに示す鋼板Ｎｏ．２では、酸素濃度が鋼板最表面から深さ約２〜３μｍで急激に低下して鋼板内部の酸素濃度とほぼ同じ、即ち、内部酸素層がほとんど形成されていないことがわかる。このことは図２ａにおいて、点線よりも上方の領域で内部酸化がほとんど生じていないことからもわかる。これに対し図１ｂに示す鋼板Ｎｏ．１では、鋼板最表面から深さ１０μｍまでの酸素濃度プロファイルがゆるやかな曲線を描いており、鋼板最表面から深さ１０μｍまでに酸素が十分存在すること、即ち、内部酸化層が形成されていることがわかる。このことは、図２ｂにおいて、鋼板最表面から約１０μｍ深さまで、即ち点線よりも上方の領域で、内部酸化層が存在していることからもわかる。
【００６１】
実施例２
実施例２では、鋼部材の製造方法の評価を行った。詳細には下記の通り、熱間成形試験を行って、熱間での酸化スケール密着性を評価した。
【００６２】
熱間成形試験
上記冷間圧延ままの鋼板から、サイズが１．４ｍｍｔ×１５０ｍｍｗ×５０ｍｍＬの形状に切り出し、脱脂して試験片とした。該試験片を用いて熱間成形試験を行った。該試験には、試験装置として、富士電波工機株式会社製の、通電加熱装置付の熱間加工再現試験装置「サーモマスターＺ」を用いた。図３に示す通り、該試験装置１内に、張り出し成形用金型である固定型の押さえ上金型２および押さえバネ８を有する押さえ下金型３と、試験片４とを設置し、加熱電極５を用いて通電加熱後に、まず押さえ下金型３を上昇させることで、固定型の押さえ上金型２との間で試験片４を挟み、その後、張り出しパンチ７を上方へ移動させて熱間成形を行った。試験片である鋼板の温度は熱電対６を用いて把握した。熱間成形条件は下記の通りである。
熱間成形条件
加熱雰囲気：大気
成形高さ：８ｍｍ
成形速度：１３ｍｍ／ｓ
成形下死点保持時間：０．１ｓ
張り出しパンチの直径：２０ｍｍ
張り出しパンチの先端Ｒ：１０ｍｍ
【００６３】
本実施例で実施した加熱・冷却パターンを図４に示す。図４においてＺは熱間プレス成形時を示す。図４に示すとおり、加熱開始温度である室温から加熱温度、本実施例では「最高到達温度」であるＴ１：９００℃まで、平均昇温速度：２５℃／ｓで加熱し、最高到達温度Ｔ１に到達後、通電を直ちに停止し、即ち、最高到達温度での保持時間ｔ１＝０秒で、放冷を開始した。尚、図４では、最高到達温度での保持時間ｔ１を説明するため、ｔ１＞０の状態を示している。鋼板の温度が、表３−１または表３−２に示す成形開始温度となった時点で熱間プレス成形を開始した。成形は、０．１秒間下死点で保持後、金型を退避させ、その後室温まで自然放冷とした。
【００６４】
本実施例では、加熱開始から熱間プレス成形終了までの間、雰囲気は酸化性雰囲気としたため、「酸化性雰囲気かつ８００℃以上の滞在時間」は、上記図４の加熱・冷却パターンに示す通り、昇温工程において８００℃から最高到達温度Ｔ１に達するまでに要した時間ｔｈ、最高到達温度での保持時間ｔ１、および冷却工程において最高到達温度Ｔ１から８００℃に達するまでに要した時間ｔＣを合計（ｔｈ＋ｔ１＋ｔＣ）して求めた。
【００６５】
スケール密着性の評価
上記熱間プレス成形で得られた鋼部材、即ち、上記熱間成形後、金型退避させた状態で自然放冷し常温まで冷却した状態の鋼部材の表面を目視で観察し、スケール剥離の有無を調べた。そして、スケール剥離が認められなかったものを、スケール密着性が良好であるとしてＯＫ、スケール剥離が認められたものを、スケール密着性が悪いとしてＮＧと評価した。その結果を下記表３−１および表３−２に示す。
【００６６】
上記鋼部材表面の一例の写真を図５に示す。図５ａは、表３−１の実験Ｎｏ．１１Ｂ、即ち鋼板Ｎｏ．２の鋼板を使用した例で得られた鋼部材の写真である。この図５ａでは鋼部材の表面が剥離していることがわかる。一方、図５ｂは、表３−１の実験Ｎｏ．１１Ａ、即ち鋼板Ｎｏ．１の鋼板を使用した例で得られた鋼部材の写真である。この図５ｂでは、鋼部材の表面が剥離しておらず良好な外観の鋼部材が得られていることがわかる。表３−１の他の例および表３−２の例も、上記図５の通り表面を観察して評価した。
【００６７】
【表３−１】
0005852728.tif 000004
【００６８】
【表３−２】
0005852728.tif 000005
【００６９】
更に上記表３−１や表３−２の結果を用い、本発明で規定の熱間プレス成形条件とスケール密着性の関係を整理した図を図６に示す。図６Ａから、鋼板Ｎｏ．２、即ち表層酸素濃度が０．６３質量％の鋼板を熱間プレス成形に用いた場合には、規定の熱間プレス条件、具体的には、加熱温度：１１００℃以下；加熱開始から熱間プレス成形終了までの間の、酸化性雰囲気かつ８００℃以上の滞在時間：４０秒以下；前記熱間プレス成形の開始温度：６００℃以上；の組み合わせによってはスケール密着性が悪くなり、上記条件範囲内で確実に優れたスケール密着性が得られなかった。これに対し図６Ｂの通り、本発明で規定の鋼板Ｎｏ．３、即ち表層酸素濃度が０．８５質量％の鋼板を熱間プレス成形に用いた場合や、図６Ｃの通り、鋼板Ｎｏ．１、即ち表層酸素濃度が０．９５質量％の鋼板を熱間プレス成形に用いた場合には、上記熱間プレス成形条件の範囲内で確実に優れたスケール密着性が得られた。前記図６から、本発明によれば、規定の滞在時間が２２秒以上、特には３２秒であっても、熱間プレス成形時のスケール剥離を抑制し、外観の良好な鋼部材が確実に得られることがわかる。
【００７０】
尚、上記鋼板Ｎｏ．１の表層酸素濃度が０．９５質量％の鋼板を熱間プレス成形に用いた場合であっても、上記表３−１および表３−２の実験Ｎｏ．４Ａ、７Ａ、１０Ａおよび１３Ａに示す通り、成形開始温度が低すぎる場合や、上記表３−２の実験Ｎｏ．１４Ａ〜１８Ａに示す通り、熱間プレス成形における８００℃以上の滞在時間が長すぎる場合には、熱間プレス成形時にスケールの剥離が生じ易くなり、確実に優れたスケール密着性を得ることができなかった。
【符号の説明】
【００７１】
１  熱間加工再現試験装置
２  固定型の押さえ上金型
３  押さえ下金型
４  試験片
５  加熱電極
６  熱電対
７  張り出しパンチ
８  押さえバネ
Ｘ  内部酸化層
Ｚ  熱間プレス成形時
【図４】
0005852728.tif 000006
【図１】
0005852728.tif 000007
【図２】
0005852728.tif 000008
【図３】
0005852728.tif 000009
【図５】
0005852728.tif 000010
【図６】
0005852728.tif 000011