超高強度部材の製造方法および使用方法
【課題】耐遅れ破壊特性に優れる熱間プレス工法による超高強度部材を低コストで製造することができる引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法およびその使用方法を提供すること。
【解決手段】鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材を製造するにあたり、せん断打ち抜き加工の後に、温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施す。
【解決手段】鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材を製造するにあたり、せん断打ち抜き加工の後に、温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車骨格部材、補強部材等に好適な、耐遅れ破壊特性に優れる超高強度部材の製造方法および使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全という観点から、自動車の燃費改善が要求されている。また、車両衝突時に乗員を保護する観点からは、自動車車体の安全性向上も要求されている。このため、燃費改善と安全性向上の両方を満足するべく自動車車体の軽量化と強化の双方を図る検討が積極的に進められている。
【０００３】
自動車車体の軽量化と強化を同時に満足させるには、部品素材を高強度化かつ薄肉化することが効果的であり、最近では自動車骨格部材、補強部材等として、引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上の高張力薄鋼板を用いた超高強度部材が使用され始めている。
【０００４】
しかしながら、非特許文献１に記載されているように、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板は、それよりも強度の低い鋼板に比べ、使用中に、腐食に伴って侵入する水素に起因して、遅れ破壊が生じる可能性が高くなる。このため、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の適用は、限定的なものとなっている。
【０００５】
また、自動車骨格部材等の部材は、通常、プレス成形やロール成形といった成形加工後に使用されるが、非特許文献２に記載されているように、遅れ破壊特性は加工により劣化することが知られており、加工後の遅れ破壊特性に優れる超高強度部材が求められている。
【０００６】
一方、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上になると、加工性自体も低下する。
【０００７】
このような問題を解決する方法の一つとして、例えば、非特許文献３や特許文献１に開示された、鋼板の強度が低下する熱間で加工し、加工と同時に金型で冷却することで、高い部品強度を得る技術が知られている（本技術を以下、熱間プレス工法と称する）。この熱間プレス工法は、室温での加工に比べて、(1)加工による歪が残らない、(2)加工の残留応力が小さい、などの点で加工部品の耐遅れ破壊特性に優れることが知られている（非特許文献３）。
【０００８】
しかしながら、自動車部品を熱間プレス工法で製造する場合、加工後に部品形状を整えるための打抜きせん断による外周のトリム加工や、組み立てのために必要な打抜き穴あけ加工が必須となり（これらの工程を、以下、打抜き加工と総称する）、このような熱間プレス後の打抜き加工は、鋼板に大きな歪と残留応力をもたらし、使用中の遅れ破壊の危険性を著しく高める。
このような問題を解決するため、主に下記二通りの方法が検討されている。
(a)熱間プレスの加熱中に鋼板に侵入する水素を低減する方法
(b)熱間プレス後の打抜き加工による残留応力を低減する方法
【０００９】
上記(a)については、例えば特許文献２〜５に、加熱炉中の雰囲気を制御して加熱中に鋼中に侵入する水素量を低減する技術が開示されている。また、特許文献６には、熱間プレス後に１５０〜７００℃で熱処理をすることで、熱間プレス中に鋼板に侵入した水素を放出させることにより、耐遅れ破壊感受性を改善する技術が開示されている。
【００１０】
上記(b)については、上記特許文献２に、打抜き加工を行う部位の熱間プレス後の冷却速度を低下させ、焼入れを不十分にして強度を低下させることで、打抜き加工による残留応力を低減させる技術が開示されている。
【００１１】
また、上記特許文献３には、打抜き加工により生じた残留応力が存在する部位をレーザーやプラズマにより溶融させて切断除去することによって耐遅れ破壊特性を改善する技術が開示されている。
【００１２】
上記特許文献４には、打抜き加工により生じた残留応力が存在する部位を機械加工などにより除去することによって耐遅れ破壊特性を改善する技術が開示されている。
【００１３】
上記特許文献５には、熱間プレス後の打抜き加工のクリアランスを精密に制御することで、だれ長さの板厚に対する割合を小さくすることにより、耐遅れ破壊特性を改善する技術が開示されている。
【００１４】
また、特許文献７には、打抜き加工後に３００℃以上４００℃以下で１０分間以下保持する熱処理を施すことにより、加工端面に存在する引張残留応力が低減され、耐遅れ破壊感受性を改善する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】英国特許公報１４９０５３５号
【特許文献２】特開２００６−１０４５２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１１０７１３号公報
【特許文献４】特開２００６−１１１９６６号公報
【特許文献５】特開２００８−２８４６１０号公報
【特許文献６】特許第４２８８２０１号公報
【特許文献７】特開２００９−１９７２５３号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「遅れ破壊」（日刊工業新聞社、1989年8月31日発行）
【非特許文献２】自動車技術会論文集 Vol.39，No.5，P.133
【非特許文献３】プレス技術 42巻，8号，P.38
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら，特許文献２〜５のように、熱間プレス前の加熱炉の雰囲気等を制御して加熱中に侵入する水素量を低減したとしても、また、特許文献６のように、熱間プレス後に脱水素処理を行ったとしても、使用中の腐食に伴って鋼板に侵入する水素による遅れ破壊の危険性を低減することはできない。さらに特許文献６には、熱間プレス後の打抜き加工で導入される歪や残留応力による耐遅れ破壊特性の劣化についてはなんら触れられていない。
【００１８】
一方、熱間プレス後の打抜き加工による残留応力を低減する方法についても、特許文献２の方法では、打抜き加工をする部位のみ冷却速度を低下させるために金型構造が複雑となり、過大な設備コストが生じるほか、打抜き部の冷却速度の管理が困難であり、安定して残留応力低減効果を得るのは困難である。また、特許文献３や特許文献４の方法では、打抜き後に、レーザー加工や機械加工をするため、生産性が悪くコストアップにつながる。特許文献５のように打抜きクリアランスを精密に制御する方法は、クリアランスの管理が困難であり、自動車部品のような大量生産に適用するのは現実的でない。特許文献７の方法では、打抜き後に残留応力を低減するために３００℃以上の比較的高い温度に加熱する必要があるため、熱間プレス工程によって生成した高強度のマルテンサイトが焼戻されて強度が低下してしまう。このため、目的の強度を得るために、より多量の合金元素が必要となり、経済上不利である。
【００１９】
以上のようなことから、現状では、熱間プレス後の外周トリムや穴あけ加工などの処理はレーザー加工が主流となっており、部品コスト増加の原因となっていた。
【００２０】
したがって、本発明の課題は、耐遅れ破壊特性に優れる熱間プレス工法による引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材を低コストで製造することができる超高強度部材の製造方法およびその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明は、鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施す、引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法であって、前記せん断打ち抜き加工の後に、温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施すことを特徴とする引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法を提供する。
【００２２】
上記超高強度部材の製造方法において、前記熱処理は、温度範囲が２００℃以上３００℃未満であり、保持時間が１秒〜１０分であることが好ましい。また、前記熱処理後に、さらに温度範囲が１５０℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜１０分の第２の熱処理を施すことが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して得られる引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の使用方法であって、前記高強度部材の使用前に、１００℃以上３００℃未満の温度範囲で、１秒〜６０分加熱することを特徴とする引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の使用方法を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材を製造するにあたり、せん断打ち抜き加工の後に所定の熱処理を行うことにより、水素の侵入を抑制することができ、耐遅れ破壊特性に優れる超高強度部材を低コストで製造することができる。
【００２５】
このように本願発明によって得られた超高強度部材は、高強度と耐遅れ破壊特性を兼ね備えているため、自動車骨格部材、補強部材等の構造材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。
【図２】加工部と未加工部について、温度と水素放出速度との関係を示す図である。
【図３】加工後熱処理を行わない加工ままの部材と、加工後２００℃で１０分の熱処理を行った部材について、温度と水素放出速度との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
［製造方法］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。図１中、符号１は素材となる鋼板を示し、符号２は、鋼板１を巻き取って得られたコイルを示す。この鋼板については後述する。
【００２９】
本実施形態に係る超高強度部材の製造方法では、図１に示すように、熱間プレス工程Ａ、打抜き工程Ｂ、および第１の熱処理工程Ｃを順に実施して、目的とする超高強度部材ＴＷを得る。
【００３０】
上記熱間プレス工程Ａでは、鋼板１のコイル２から、所要の長さの鋼板１を切り出し（送り出し機及びシャーについては不図示）、その切り出した鋼板１からなるワークＷＫについて熱間プレス成形を行って使用目的の形状に成形する。
【００３１】
熱間プレスの際の加熱温度は７００〜１０００℃とする。加熱温度が７００℃未満では、加熱中にオーステナイトがほとんど生成しないため、熱間で加工と同時に金型で冷却した際に、強度上昇を得るために必要なマルテンサイトがほとんど生成せず、加熱中の炭化物の粗大化やフェライト粒径の粗大化により、熱間プレス前の鋼板強度よりも低下してしまう。一方、１０００℃を超えて加熱するとオーステナイト粒が粗大化して靱性劣化が著しくなったり、スケールロスの増大が著しくなったりする。このため、加熱温度は７００〜１０００℃とする。オーステナイト粒径粗大化およびスケールロス抑制の観点から、より好ましくは９００℃以下である。７００〜９００℃の範囲では、温度が高くなるにつれて金型で冷却後に高強度が得られるため、所望の強度、材質に応じて加熱温度を決定すればよい。
【００３２】
また、熱間プレス前の加熱時の保持時間は、加熱に要するコストが増加するのを防ぐため、５分以下であることが好ましく、焼入れ処理前の組織を均質化して製品特性を安定化させる観点から、１分以上とすることが好ましい。
【００３３】
熱間プレス前の加熱を施された鋼板は、プレス加工と同時に金型で冷却される。この際の平均冷却速度は、安定して所望の強度を得る観点から、２５℃／ｓ以上であることが好ましい。より好ましくは３０℃／ｓ以上である。同じく強度安定化の観点から、冷却終了温度は１５０℃以下とすることが好ましい。より好ましくは１００℃以下である。
【００３４】
打抜き工程Ｂでは、熱間プレス加工の後に、せん断打抜きにより、例えば外周トリムや穴あけ加工を施す。このせん断打抜きは常法によって行えばよく、特に制限はない。
【００３５】
なお、熱間プレス工程Ａ、打抜き工程Ｂで目的の形状となったワークＷＫに対して、化成処理した後に電着塗装を行うことで塗装処理を行ってもよい。この化成処理・電着塗装も常法によって行えばよく、特に制限はない。
【００３６】
第１の熱処理工程Ｃは、せん断打ち抜き加工を施した、或いはさらに化成処理・電着塗装を施したワークＷＫに対し、１００℃以上３００℃未満の温度範囲でかつ１秒〜６０分の熱処理時間で熱処理を施す。
【００３７】
以上の一連の工程によって、目的形状に成形された超高強度部材ＴＷが製造され、使用に供される。
【００３８】
［第１の熱処理工程］
上記工程Ａ〜Ｃの中で、第１の熱処理工程Ｃは本実施形態にとって特徴的な工程であり、以下に詳細に説明する。
【００３９】
（第１の熱処理工程に至った経緯および作用）
まず、第１の熱処理工程Ｃに至った経緯および作用について説明する。
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有する種々の鋼板を製造し、（ｉ）熱間プレス工法により所定の形状に成形した部材、（ii）その後外周の打抜きトリムまたは打抜き穴あけ加工を施した部材、および（iii）打抜き加工後に１００℃以上３００℃未満で熱処理を施した部材の遅れ破壊特性を調査した。
【００４０】
（ｉ）と（ii）とを比較した結果、従来報告されているように（ii）のように打抜き加工を行うことによって部材端面部の遅れ破壊特性が劣化した。この原因として本発明者らは、打抜き加工による残留応力、打抜き加工による加工歪やマイクロボイド等のダメージに加えて、上記非特許文献２に記載されているように、打抜き加工により導入された大きな歪により打抜き端面部の侵入水素量が増加したためであると考えた。このことを裏付ける実験結果の一例を図２に示す。図２は、「Ｕ型」に曲げ加工した鋼板をｐＨ１の塩酸に４８ｈｒ浸漬することによって鋼中に水素を導入した試験片の加工部と未加工部について、温度と水素放出速度との関係を示すものであるが、この図に示すように、未加工部に比べて加工部からの水素放出が多いことがわかる。これは、加工によって導入される転位などの欠陥が水素のトラップサイトとなるためであると考えられる。
【００４１】
これに対して、（iii）の打抜き加工後に１００℃以上３００℃未満で熱処理を施した部材は、（ii）に比較して著しく遅れ破壊特性が改善された。この原因として、本発明者らは、水素のトラップサイトとなり侵入水素量の増加をもたらしていた転位などの欠陥に、熱処理によって固溶Ｃや固溶Ｎが固着し、水素の侵入量が減少したためであると考えた。それを示す実験結果の一例を図３に示す。図３は、加工後熱処理を行わない加工ままの部材と、加工後２００℃で１０分の熱処理を行った部材について、ｐＨ１の塩酸に４８ｈｒ浸漬することで水素チャージした後の温度と水素放出速度との関係を示すものであるが、加工によって増加した侵入水素量は、２００℃の熱処理によって大きく低減されることがわかる。
【００４２】
この結果から、打抜き工程Ｂで加工が加えられたワークに第１の熱処理工程Ｃを施すことにより遅れ破壊を生じ難くできることが見出された。
【００４３】
（第１の熱処理工程における条件）
次に、第１の熱処理工程Ｃの条件について説明する。
・熱処理温度：
第１の熱処理工程Ｃにおける熱処理温度は１００℃以上３００℃未満とする。熱処理温度が１００℃未満では水素侵入抑制に要する時間が６０分を超えて長時間となり、部材生産性が劣化する。このため、熱処理温度を１００℃以上とする。好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上である。熱処理温度が高くなるにつれて、より短時間で水素侵入を抑制可能となるからである。特に、２００℃以上では、熱処理時間を１０分程度以下とすることが可能となり、短時間の熱処理で十分な効果が得られる。一方、熱間プレス工法によって製造される高強度部材は、マルテンサイトを主体とした組織であるため、熱処理温度が３００℃以上になるとマルテンサイトの焼戻し軟化が著しくなる。このため、熱処理温度は３００℃未満とする、より好ましくは２５０℃以下である。
【００４４】
・熱処理時間：
第１の熱処理工程Ｃにおける熱処理時間は、１秒〜６０分とする。熱処理時間が１秒未満では十分な水素侵入抑制の効果が得られない場合がある。水素侵入抑制の効果を十分得る観点からは３０秒以上が好ましい。この熱処理時間は、熱処理温度を高くするほど短くできる。一方、熱処理時間が６０分を超えると生産性を阻害する。このため、熱処理時間は６０分以下とする。より好ましくは３０分以下である。
【００４５】
［鋼板について］
本実施形態が前提とする素材としての鋼板１については、熱間プレス後に引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上であればよい。以下に鋼板１の組成例や製造方法例について記載するが、素材となる鋼の組成や製造方法は、以下のものに限定されるものではない。
【００４６】
（鋼板の組成例）
熱間プレス後に引張強さＴＳ：１１８０ＭＰａ以上を確保するためには、Ｃは０．１質量％以上が好ましい。また、Ｃが０．５質量％を超えると靱性が低下する。このため、Ｃ量は０．１質量％以上０．５質量％以下が好ましい。
【００４７】
その他の元素の好ましい範囲は、次の通りである。
Ｓｉ：３．０質量％以下、Ｍｎ：０．５〜３．０質量％、Ｐ：０．１質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１質量％、Ｎ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｎｂ：０．１質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｍｏ:０．５質量％以下、Ｃｒ：１質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｎｉ:０．５質量％以下である。残部はＦｅおよび不可避不純物である。不可避不純物としては、例えば、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｏ等が挙げられる。これらの不可避的不純物の含有量の許容範囲としては、Ｓｂ：０．０１質量％以下、Ｓｎ：０．１質量％以下、Ｚｎ：０．０１質量％以下、Ｃｏ：０．１質量％以下の範囲である。また、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、ＲＥＭについても通常の鋼組成の範囲内（不純物相当）で含有しても、本発明の熱処理による耐遅れ破壊特性改善効果は失われない。
【００４８】
（鋼板の製造方法例）
次に、素材となる鋼板１の製造方法の例について説明する。なお、鋼板１の製造方法は、これに限定されるものではない。
鋼板１は、例えば上記成分組成範囲に調整された溶鋼を連続鋳造または造塊でスラブとし、そのスラブに、熱間圧延工程、冷間圧延工程、連続焼鈍工程を順次施すことにより好適に製造することができる。使用する鋼スラブは、成分のマクロ偏析を防止する観点から連続鋳造法で製造することが好ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法によっても可能である。
【００４９】
次に、熱間圧延工程について説明する。
熱間圧延工程では、スラブ鋳造後、一旦室温まで冷却し、その後再度加熱する従来法でおこなってもよいし、冷却することなく、温片のままで加熱炉に装入する、あるいは保熱をおこなった後に直ちに圧延する、あるいは鋳造後そのまま圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用することができる。
【００５０】
一旦室温まで冷却して再加熱する場合、スラブ加熱温度は１０００℃以上とすることが好ましい。上限は特に存在しないが、１３００℃を超えると酸化重量の増加にともなうスケールロスが増大することなどから、１３００℃以下とすることが好ましい。また、冷却することなく、温片のままで加熱炉に装入し再加熱する等の場合も、スラブ加熱温度は１０００℃以上とするのが好ましい。
【００５１】
次いで、必要に応じて粗圧延を行った後、好ましくは仕上げ圧延温度８００℃以上で仕上げ圧延を行う。仕上げ圧延温度が８００℃未満では、鋼板の組織が不均一になり、加工性を劣化させるおそれがある。上限は特に存在しないが、過度に高い温度で圧延するとスケール疵などの原因となるので、１０００℃以下とすることが好ましい。
【００５２】
熱間圧延後の鋼板は巻き取られるが、その際の温度は７００℃以下であることが好ましい。７００℃を超えると巻取り後に多量のスケールが生成し、冷間圧延前の酸洗の負荷が大きくなる。
【００５３】
次に、冷間圧延工程について説明する。
冷間圧延工程では、熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする。冷間圧延条件は、所望の寸法形状の冷延板とすることができればよく、特に限定されないが、表面の平坦度や組織の均一性の観点から、圧下率２０％以上とすることが好ましい。なお、冷間圧延前には、常法に従って酸洗を施せばよいが、熱延板表面のスケールが極めて薄い場合には直接冷間圧延を施してもよい。
【００５４】
次いで、得られた冷延板に焼鈍を施し、冷延焼鈍板とすることが好ましい。焼鈍は、連続焼鈍ラインを用いた連続焼鈍が好ましい。焼鈍は、７００℃以上９００℃以下の温度域に加熱保持することが好ましい。加熱保持温度が７００℃未満では十分に再結晶が起こらず、加工性が低下する場合がある。一方、９００℃を超えると組織が粗大化し、強度加工性バランスが低下する。また、加熱保持時間は、生産性の観点から６００秒以下が好ましい。また、鋼板の均一性の観点から６０ｓ以上であることが好ましい。さらに好ましくは１２０ｓ以上である。焼鈍後の平均冷却速度は特に規定しないが、熱間プレス前は軟質なほうがブランキング等の際に有利であることから、遅いほうが好ましい。ただし、遅すぎると生産性を阻害するため、１℃／ｓ以上が好ましい。さらに、冷却後そのまま、または室温まで冷却後に、１００〜４５０℃で保持することが好ましい。また、その保持時間は３〜３０分であることが好ましい。
【００５５】
なお、素材となる鋼板は冷延鋼板に限らず、溶融亜鉛メッキ鋼板や電気亜鉛メッキ鋼板、熱延鋼板など、熱間プレス後にＴＳが１１８０ＭＰａ以上のあらゆる鋼板に適用可能である。また、冷間圧延後、未焼鈍の状態で使用しても構わない。さらに、耐食性改善等のために鋼板表面にＮｉ等を付着させるなどの表面改質処理を施しても、本発明の効果は問題なく得られる。また、鋼板製造後、形状矯正、表面粗度等の調整のために、伸び率5%以下の調質圧延を施してもよい。
【００５６】
［変形例および他の適用］
（１）上記実施形態では、鋼板１から目的の形状に成形し塗装を施してなる超高強度部材ＴＷを製造する際に、温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施す例を示したが、これに限らず、このような熱処理を行って、もしくは熱処理を行うことなく製造した超高強度部材ＴＷに対して、当該超高強度部材ＴＷの使用前に、上述の、つまり温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施してもよい。この場合であっても、耐遅れ破壊特性に優れる超高強度部材ＴＷに改質して使用することが可能となる。
【００５７】
例えば、超高強度部材ＴＷの使用目的が自動車用構造部材であれば、自動車のフレーム等として車体に組み込む前に、予め超高強度部材ＴＷに対し上述の熱処理条件で熱処理を施す。なお、熱処理を施すタイミングは、超高強度部材ＴＷを使用する直前である必要はなく、超高強度部材ＴＷの製造完了から実際に使用するまでの間に行えばよい。
【００５８】
（２）本実施形態で得られる超高強度部材ＴＷは、構造材全般に好適に用いることができ、自動車用途に限定されず、家電および建築など、高強度および耐遅れ破壊特性が必要とされる他の分野においても好適である。
【００５９】
（３）本実施形態では、塗装後のワークＷＫ全体に対して熱処理を施す例を示したが、図２のように少なくとも打抜き加工を施した部分に対して熱処理を施せば効果が得られるのであり、打抜き加工が複雑でない場合などにあっては、打抜き加工を施した部分だけに対して熱処理を施してもよい。
【００６０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
［製造方法］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。なお、図４において、第１の実施形態における図１と同じものおよび同じ工程等については同じ符号を付している。
【００６１】
本実施形態に係る超高強度部材の製造方法では、図４に示すように、工程Ａ〜Ｃは上記第１実施形態の製造方法と同様であるが、第１の熱処理工程Ｃの後に、第２の熱処理工程Ｄを行うことで再加熱する点が第１の実施形態の製造方法とは異なる。
【００６２】
第２の熱処理工程Ｄは、第１の熱処理工程Ｃで一旦熱処理を施したワークＷＫに対し、１５０℃以上３００℃未満の温度範囲でかつ１秒〜１０分の熱処理時間で再度熱処理を行う。
【００６３】
その他の製造工程や素材となる鋼板１などについては、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】
［第２の熱処理工程］
以下、本実施形態にとって特徴的な工程である第２の熱処理工程Ｄについて詳細に説明する。
【００６５】
（第２の熱処理工程の作用）
本実施形態では、第１の熱処理工程Ｃを行い、冷却した後、第２の熱処理として１５０℃以上３００℃未満の再加熱を行うことにより、高強度と耐遅れ破壊特性を兼ね備えた超高強度部材ＴＷを得るが、このような第２の熱処理の工程を追加することで、第１の熱処理工程Ｃのみの場合と比較して、より短時間で所望の耐遅れ破壊特性を得ることができる。この理由については必ずしも明らかではないが、本発明者らは、1回目の熱処理で加工によって導入された転位に固着した固溶Ｃや固溶Ｎが、短時間の再加熱により、より強固に転位を固着し、水素の侵入を抑制するためであると考えている。
なお、その他の作用については上記第１の実施形態と同様である。
【００６６】
（第２の熱処理工程における条件）
次に、第２の熱処理工程Ｄの条件について説明する。
・熱処理温度：
第２の熱処理工程Ｄにおける熱処理温度は１５０℃以上３００℃未満とする。１回目の熱処理で加工により導入された転位に固着した固溶Ｃや固溶Ｎを、短時間の再加熱により、より強固に転位を固着し、水素の侵入を抑制する効果を得るためには、1回目の熱処理の条件にもよるが、１５０℃以上であることが好ましい。１５０℃未満では、１０分を超える長い熱処理時間が必要となり、生産性を阻害する。好ましくは２００℃以上である。一方、３００℃以上になると鋼板１の種類によっては強度が低下する場合があるため、３００℃未満とする。好ましくは２５０℃以下である。
【００６７】
第２の熱処理工程Ｄにおける熱処理時間は、１秒〜１０分とする。熱処理時間が１秒未満では十分な水素侵入抑制の効果が得られない場合がある。水素侵入抑制の効果を十分得る観点からは３０秒以上が好ましい。一方、２回熱処理工程を行うことを考慮すると、２回目の熱処理が１０分を超えると生産性を阻害するため、熱処理時間は１０分以下とする。好ましくは５分以下である。
【実施例】
【００６８】
表１に示す成分組成の鋼スラブを連続鋳造により製造し、１２５０℃に再加熱後、仕上げ圧延温度：約８５０℃、巻取り温度：約６００℃で、板厚３．０ｍｍまで熱間圧延を行った。酸洗後、冷間圧延を施して、板厚１．６ｍｍの冷延板とし、次いで８００℃で３００秒間加熱均熱し、４００℃まで平均冷却速度５℃／ｓで冷却し、４００℃で１０分間過時効処理を施した。その後、伸び率：０．２％の調質圧延を施した。
【００６９】
得られた鋼板を、長軸を圧延方向に直交する方向とした５０ｍｍＷ×２００ｍｍＬの寸法に切断し、９００℃に加熱し、３分後に取り出して、その直後に熱間プレス工程の冷却を模擬して上下から鋼製金型を密着させることにより、鋼板を冷却した。この際の冷却速度は約５０℃／ｓであり、冷却終了温度は１００℃以下であった。
【００７０】
得られた鋼板に、表２に示す熱処理を行った後、引張強度、遅れ破壊特性を調査した。各試験方法の詳細は以下の通りである。
【００７１】
・引張強度
熱間プレス工程を模擬した熱処理を施した鋼板からＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定に準拠して引張試験を行った。引張試験により得られた引張強さ（ＴＳ［ＭＰａ］）を表２に示す。また、打抜き加工後の熱処理を模擬して表２に示す熱処理を施し、引張試験を行い、引張強さ（ＴＳ′［ＭＰａ］）を測定した。熱処理による強度変化ΔＴＳ＝ＴＳ−ＴＳ′が５０ＭＰａ以下の場合を良好として表２に○で示し、５０ＭＰａを超える場合を不良として表２に×で示した。
【００７２】
・遅れ破壊特性
せん断打ち抜き加工後の遅れ破壊特性は、熱間プレス工程を模擬した熱処理を施した鋼板の中央に、クリアランス１２．５％で直径１０ｍｍの打抜き穴空け加工を施し、そのまま、または５０〜３００℃で熱処理を施し、２５℃、０．０１％のチオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬して水素チャージを行い、破壊時間を調査した。ここで，水素チャージをチオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬することによって行った理由は、CAMP-ISIJ，Vol.21，p.1454に記載されているように、塩酸浸漬では、浸漬中の鋼板溶解が著しく、試験中に端面が溶解され、水素割れと鋼板溶解による亀裂の区別が困難であるのに対し、チオシアン酸アンモニウム溶液では鋼板溶解量が極めて小さく、０．１規定塩酸と同等の水素をチャージ可能であり、より正確にせん断端面部の水素割れを調査可能であるためである。評価結果は、０．０１％のチオシアン酸アンモニウム溶液に４８時間浸漬により破壊しない場合を、遅れ破壊特性良好（遅れ破壊なし）として表２に○で示し、破壊した場合を遅れ破壊特性不良（遅れ破壊あり）として表２に×で示した。
【００７３】
また、打抜き端面部は打抜きにより導入される歪により、局所的に水素量が多くなると推定されるが、局所的な水素量を定量的に評価することは困難なため、ここでは、打抜きにより導入される歪を模擬して、鋼板に２０％の圧延歪を導入した試験片をそのまま、または上記と同様の熱処理を施したものを別途用意し、上記打抜き材と同時に０．０１％のチオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬し、４８時間浸漬後の鋼中拡散性水素量を、昇温分析法（昇温速度２００℃／ｈ）により分析し、侵入水素量を把握した。その結果も表２に示す。なお、拡散性水素は２００℃以下で放出される水素量とした。
【００７４】
【表１】
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２より、加工後に熱処理を施した本発明例であるＮｏ．３〜８、１０〜１３、１５〜１７、１９〜２１では、チオシアン酸アンモニウム溶液浸漬による侵入水素量が低く、いずれも遅れ破壊が発生しておらず、遅れ破壊特性に優れていることが確認された。
【００７７】
一方、打ち抜き後に熱処理を施していない、または熱処理温度が低い比較例であるＮｏ．１、２、１４、１８は、いずれも、４８時間のチオシアン酸アンモニウム溶液浸漬試験において破壊が発生した。また、熱処理温度が本発明の上限を超えている比較例のＮｏ．９では、遅れ破壊が発生しておらず、遅れ破壊特性には優れているが、熱処理後の強度が５０ＭＰａを超えて低下してしまった。
【００７８】
本発明例の中では、熱処理後再熱処理を施したＮｏ．１０、１１、１２、１３、１６、１７、２０、２１が二回熱処理の効果により侵入水素量が極めて低くなっており、より遅れ破壊特性に優れることが確認された。
【符号の説明】
【００７９】
１；鋼板
２；コイル
ＷＫ；ワーク
ＴＷ；超高強度部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車骨格部材、補強部材等に好適な、耐遅れ破壊特性に優れる超高強度部材の製造方法および使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全という観点から、自動車の燃費改善が要求されている。また、車両衝突時に乗員を保護する観点からは、自動車車体の安全性向上も要求されている。このため、燃費改善と安全性向上の両方を満足するべく自動車車体の軽量化と強化の双方を図る検討が積極的に進められている。
【０００３】
自動車車体の軽量化と強化を同時に満足させるには、部品素材を高強度化かつ薄肉化することが効果的であり、最近では自動車骨格部材、補強部材等として、引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上の高張力薄鋼板を用いた超高強度部材が使用され始めている。
【０００４】
しかしながら、非特許文献１に記載されているように、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板は、それよりも強度の低い鋼板に比べ、使用中に、腐食に伴って侵入する水素に起因して、遅れ破壊が生じる可能性が高くなる。このため、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の適用は、限定的なものとなっている。
【０００５】
また、自動車骨格部材等の部材は、通常、プレス成形やロール成形といった成形加工後に使用されるが、非特許文献２に記載されているように、遅れ破壊特性は加工により劣化することが知られており、加工後の遅れ破壊特性に優れる超高強度部材が求められている。
【０００６】
一方、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上になると、加工性自体も低下する。
【０００７】
このような問題を解決する方法の一つとして、例えば、非特許文献３や特許文献１に開示された、鋼板の強度が低下する熱間で加工し、加工と同時に金型で冷却することで、高い部品強度を得る技術が知られている（本技術を以下、熱間プレス工法と称する）。この熱間プレス工法は、室温での加工に比べて、(1)加工による歪が残らない、(2)加工の残留応力が小さい、などの点で加工部品の耐遅れ破壊特性に優れることが知られている（非特許文献３）。
【０００８】
しかしながら、自動車部品を熱間プレス工法で製造する場合、加工後に部品形状を整えるための打抜きせん断による外周のトリム加工や、組み立てのために必要な打抜き穴あけ加工が必須となり（これらの工程を、以下、打抜き加工と総称する）、このような熱間プレス後の打抜き加工は、鋼板に大きな歪と残留応力をもたらし、使用中の遅れ破壊の危険性を著しく高める。
このような問題を解決するため、主に下記二通りの方法が検討されている。
(a)熱間プレスの加熱中に鋼板に侵入する水素を低減する方法
(b)熱間プレス後の打抜き加工による残留応力を低減する方法
【０００９】
上記(a)については、例えば特許文献２〜５に、加熱炉中の雰囲気を制御して加熱中に鋼中に侵入する水素量を低減する技術が開示されている。また、特許文献６には、熱間プレス後に１５０〜７００℃で熱処理をすることで、熱間プレス中に鋼板に侵入した水素を放出させることにより、耐遅れ破壊感受性を改善する技術が開示されている。
【００１０】
上記(b)については、上記特許文献２に、打抜き加工を行う部位の熱間プレス後の冷却速度を低下させ、焼入れを不十分にして強度を低下させることで、打抜き加工による残留応力を低減させる技術が開示されている。
【００１１】
また、上記特許文献３には、打抜き加工により生じた残留応力が存在する部位をレーザーやプラズマにより溶融させて切断除去することによって耐遅れ破壊特性を改善する技術が開示されている。
【００１２】
上記特許文献４には、打抜き加工により生じた残留応力が存在する部位を機械加工などにより除去することによって耐遅れ破壊特性を改善する技術が開示されている。
【００１３】
上記特許文献５には、熱間プレス後の打抜き加工のクリアランスを精密に制御することで、だれ長さの板厚に対する割合を小さくすることにより、耐遅れ破壊特性を改善する技術が開示されている。
【００１４】
また、特許文献７には、打抜き加工後に３００℃以上４００℃以下で１０分間以下保持する熱処理を施すことにより、加工端面に存在する引張残留応力が低減され、耐遅れ破壊感受性を改善する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】英国特許公報１４９０５３５号
【特許文献２】特開２００６−１０４５２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１１０７１３号公報
【特許文献４】特開２００６−１１１９６６号公報
【特許文献５】特開２００８−２８４６１０号公報
【特許文献６】特許第４２８８２０１号公報
【特許文献７】特開２００９−１９７２５３号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「遅れ破壊」（日刊工業新聞社、1989年8月31日発行）
【非特許文献２】自動車技術会論文集 Vol.39，No.5，P.133
【非特許文献３】プレス技術 42巻，8号，P.38
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら，特許文献２〜５のように、熱間プレス前の加熱炉の雰囲気等を制御して加熱中に侵入する水素量を低減したとしても、また、特許文献６のように、熱間プレス後に脱水素処理を行ったとしても、使用中の腐食に伴って鋼板に侵入する水素による遅れ破壊の危険性を低減することはできない。さらに特許文献６には、熱間プレス後の打抜き加工で導入される歪や残留応力による耐遅れ破壊特性の劣化についてはなんら触れられていない。
【００１８】
一方、熱間プレス後の打抜き加工による残留応力を低減する方法についても、特許文献２の方法では、打抜き加工をする部位のみ冷却速度を低下させるために金型構造が複雑となり、過大な設備コストが生じるほか、打抜き部の冷却速度の管理が困難であり、安定して残留応力低減効果を得るのは困難である。また、特許文献３や特許文献４の方法では、打抜き後に、レーザー加工や機械加工をするため、生産性が悪くコストアップにつながる。特許文献５のように打抜きクリアランスを精密に制御する方法は、クリアランスの管理が困難であり、自動車部品のような大量生産に適用するのは現実的でない。特許文献７の方法では、打抜き後に残留応力を低減するために３００℃以上の比較的高い温度に加熱する必要があるため、熱間プレス工程によって生成した高強度のマルテンサイトが焼戻されて強度が低下してしまう。このため、目的の強度を得るために、より多量の合金元素が必要となり、経済上不利である。
【００１９】
以上のようなことから、現状では、熱間プレス後の外周トリムや穴あけ加工などの処理はレーザー加工が主流となっており、部品コスト増加の原因となっていた。
【００２０】
したがって、本発明の課題は、耐遅れ破壊特性に優れる熱間プレス工法による引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材を低コストで製造することができる超高強度部材の製造方法およびその使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明は、鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施す、引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法であって、前記せん断打ち抜き加工の後に、温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施すことを特徴とする引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法を提供する。
【００２２】
上記超高強度部材の製造方法において、前記熱処理は、温度範囲が２００℃以上３００℃未満であり、保持時間が１秒〜１０分であることが好ましい。また、前記熱処理後に、さらに温度範囲が１５０℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜１０分の第２の熱処理を施すことが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して得られる引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の使用方法であって、前記高強度部材の使用前に、１００℃以上３００℃未満の温度範囲で、１秒〜６０分加熱することを特徴とする引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の使用方法を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材を製造するにあたり、せん断打ち抜き加工の後に所定の熱処理を行うことにより、水素の侵入を抑制することができ、耐遅れ破壊特性に優れる超高強度部材を低コストで製造することができる。
【００２５】
このように本願発明によって得られた超高強度部材は、高強度と耐遅れ破壊特性を兼ね備えているため、自動車骨格部材、補強部材等の構造材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。
【図２】加工部と未加工部について、温度と水素放出速度との関係を示す図である。
【図３】加工後熱処理を行わない加工ままの部材と、加工後２００℃で１０分の熱処理を行った部材について、温度と水素放出速度との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
［製造方法］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。図１中、符号１は素材となる鋼板を示し、符号２は、鋼板１を巻き取って得られたコイルを示す。この鋼板については後述する。
【００２９】
本実施形態に係る超高強度部材の製造方法では、図１に示すように、熱間プレス工程Ａ、打抜き工程Ｂ、および第１の熱処理工程Ｃを順に実施して、目的とする超高強度部材ＴＷを得る。
【００３０】
上記熱間プレス工程Ａでは、鋼板１のコイル２から、所要の長さの鋼板１を切り出し（送り出し機及びシャーについては不図示）、その切り出した鋼板１からなるワークＷＫについて熱間プレス成形を行って使用目的の形状に成形する。
【００３１】
熱間プレスの際の加熱温度は７００〜１０００℃とする。加熱温度が７００℃未満では、加熱中にオーステナイトがほとんど生成しないため、熱間で加工と同時に金型で冷却した際に、強度上昇を得るために必要なマルテンサイトがほとんど生成せず、加熱中の炭化物の粗大化やフェライト粒径の粗大化により、熱間プレス前の鋼板強度よりも低下してしまう。一方、１０００℃を超えて加熱するとオーステナイト粒が粗大化して靱性劣化が著しくなったり、スケールロスの増大が著しくなったりする。このため、加熱温度は７００〜１０００℃とする。オーステナイト粒径粗大化およびスケールロス抑制の観点から、より好ましくは９００℃以下である。７００〜９００℃の範囲では、温度が高くなるにつれて金型で冷却後に高強度が得られるため、所望の強度、材質に応じて加熱温度を決定すればよい。
【００３２】
また、熱間プレス前の加熱時の保持時間は、加熱に要するコストが増加するのを防ぐため、５分以下であることが好ましく、焼入れ処理前の組織を均質化して製品特性を安定化させる観点から、１分以上とすることが好ましい。
【００３３】
熱間プレス前の加熱を施された鋼板は、プレス加工と同時に金型で冷却される。この際の平均冷却速度は、安定して所望の強度を得る観点から、２５℃／ｓ以上であることが好ましい。より好ましくは３０℃／ｓ以上である。同じく強度安定化の観点から、冷却終了温度は１５０℃以下とすることが好ましい。より好ましくは１００℃以下である。
【００３４】
打抜き工程Ｂでは、熱間プレス加工の後に、せん断打抜きにより、例えば外周トリムや穴あけ加工を施す。このせん断打抜きは常法によって行えばよく、特に制限はない。
【００３５】
なお、熱間プレス工程Ａ、打抜き工程Ｂで目的の形状となったワークＷＫに対して、化成処理した後に電着塗装を行うことで塗装処理を行ってもよい。この化成処理・電着塗装も常法によって行えばよく、特に制限はない。
【００３６】
第１の熱処理工程Ｃは、せん断打ち抜き加工を施した、或いはさらに化成処理・電着塗装を施したワークＷＫに対し、１００℃以上３００℃未満の温度範囲でかつ１秒〜６０分の熱処理時間で熱処理を施す。
【００３７】
以上の一連の工程によって、目的形状に成形された超高強度部材ＴＷが製造され、使用に供される。
【００３８】
［第１の熱処理工程］
上記工程Ａ〜Ｃの中で、第１の熱処理工程Ｃは本実施形態にとって特徴的な工程であり、以下に詳細に説明する。
【００３９】
（第１の熱処理工程に至った経緯および作用）
まず、第１の熱処理工程Ｃに至った経緯および作用について説明する。
質量％で、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０１〜３．０％、Ｍｎ：０．５〜３．０％を含有する種々の鋼板を製造し、（ｉ）熱間プレス工法により所定の形状に成形した部材、（ii）その後外周の打抜きトリムまたは打抜き穴あけ加工を施した部材、および（iii）打抜き加工後に１００℃以上３００℃未満で熱処理を施した部材の遅れ破壊特性を調査した。
【００４０】
（ｉ）と（ii）とを比較した結果、従来報告されているように（ii）のように打抜き加工を行うことによって部材端面部の遅れ破壊特性が劣化した。この原因として本発明者らは、打抜き加工による残留応力、打抜き加工による加工歪やマイクロボイド等のダメージに加えて、上記非特許文献２に記載されているように、打抜き加工により導入された大きな歪により打抜き端面部の侵入水素量が増加したためであると考えた。このことを裏付ける実験結果の一例を図２に示す。図２は、「Ｕ型」に曲げ加工した鋼板をｐＨ１の塩酸に４８ｈｒ浸漬することによって鋼中に水素を導入した試験片の加工部と未加工部について、温度と水素放出速度との関係を示すものであるが、この図に示すように、未加工部に比べて加工部からの水素放出が多いことがわかる。これは、加工によって導入される転位などの欠陥が水素のトラップサイトとなるためであると考えられる。
【００４１】
これに対して、（iii）の打抜き加工後に１００℃以上３００℃未満で熱処理を施した部材は、（ii）に比較して著しく遅れ破壊特性が改善された。この原因として、本発明者らは、水素のトラップサイトとなり侵入水素量の増加をもたらしていた転位などの欠陥に、熱処理によって固溶Ｃや固溶Ｎが固着し、水素の侵入量が減少したためであると考えた。それを示す実験結果の一例を図３に示す。図３は、加工後熱処理を行わない加工ままの部材と、加工後２００℃で１０分の熱処理を行った部材について、ｐＨ１の塩酸に４８ｈｒ浸漬することで水素チャージした後の温度と水素放出速度との関係を示すものであるが、加工によって増加した侵入水素量は、２００℃の熱処理によって大きく低減されることがわかる。
【００４２】
この結果から、打抜き工程Ｂで加工が加えられたワークに第１の熱処理工程Ｃを施すことにより遅れ破壊を生じ難くできることが見出された。
【００４３】
（第１の熱処理工程における条件）
次に、第１の熱処理工程Ｃの条件について説明する。
・熱処理温度：
第１の熱処理工程Ｃにおける熱処理温度は１００℃以上３００℃未満とする。熱処理温度が１００℃未満では水素侵入抑制に要する時間が６０分を超えて長時間となり、部材生産性が劣化する。このため、熱処理温度を１００℃以上とする。好ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上である。熱処理温度が高くなるにつれて、より短時間で水素侵入を抑制可能となるからである。特に、２００℃以上では、熱処理時間を１０分程度以下とすることが可能となり、短時間の熱処理で十分な効果が得られる。一方、熱間プレス工法によって製造される高強度部材は、マルテンサイトを主体とした組織であるため、熱処理温度が３００℃以上になるとマルテンサイトの焼戻し軟化が著しくなる。このため、熱処理温度は３００℃未満とする、より好ましくは２５０℃以下である。
【００４４】
・熱処理時間：
第１の熱処理工程Ｃにおける熱処理時間は、１秒〜６０分とする。熱処理時間が１秒未満では十分な水素侵入抑制の効果が得られない場合がある。水素侵入抑制の効果を十分得る観点からは３０秒以上が好ましい。この熱処理時間は、熱処理温度を高くするほど短くできる。一方、熱処理時間が６０分を超えると生産性を阻害する。このため、熱処理時間は６０分以下とする。より好ましくは３０分以下である。
【００４５】
［鋼板について］
本実施形態が前提とする素材としての鋼板１については、熱間プレス後に引張強さＴＳが１１８０ＭＰａ以上であればよい。以下に鋼板１の組成例や製造方法例について記載するが、素材となる鋼の組成や製造方法は、以下のものに限定されるものではない。
【００４６】
（鋼板の組成例）
熱間プレス後に引張強さＴＳ：１１８０ＭＰａ以上を確保するためには、Ｃは０．１質量％以上が好ましい。また、Ｃが０．５質量％を超えると靱性が低下する。このため、Ｃ量は０．１質量％以上０．５質量％以下が好ましい。
【００４７】
その他の元素の好ましい範囲は、次の通りである。
Ｓｉ：３．０質量％以下、Ｍｎ：０．５〜３．０質量％、Ｐ：０．１質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１質量％、Ｎ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．１質量％以下、Ｎｂ：０．１質量％以下、Ｖ：０．５質量％以下、Ｍｏ:０．５質量％以下、Ｃｒ：１質量％以下、Ｂ：０．００５質量％以下、Ｃｕ：０．５質量％以下、Ｎｉ:０．５質量％以下である。残部はＦｅおよび不可避不純物である。不可避不純物としては、例えば、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｏ等が挙げられる。これらの不可避的不純物の含有量の許容範囲としては、Ｓｂ：０．０１質量％以下、Ｓｎ：０．１質量％以下、Ｚｎ：０．０１質量％以下、Ｃｏ：０．１質量％以下の範囲である。また、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｒ、ＲＥＭについても通常の鋼組成の範囲内（不純物相当）で含有しても、本発明の熱処理による耐遅れ破壊特性改善効果は失われない。
【００４８】
（鋼板の製造方法例）
次に、素材となる鋼板１の製造方法の例について説明する。なお、鋼板１の製造方法は、これに限定されるものではない。
鋼板１は、例えば上記成分組成範囲に調整された溶鋼を連続鋳造または造塊でスラブとし、そのスラブに、熱間圧延工程、冷間圧延工程、連続焼鈍工程を順次施すことにより好適に製造することができる。使用する鋼スラブは、成分のマクロ偏析を防止する観点から連続鋳造法で製造することが好ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法によっても可能である。
【００４９】
次に、熱間圧延工程について説明する。
熱間圧延工程では、スラブ鋳造後、一旦室温まで冷却し、その後再度加熱する従来法でおこなってもよいし、冷却することなく、温片のままで加熱炉に装入する、あるいは保熱をおこなった後に直ちに圧延する、あるいは鋳造後そのまま圧延する直送圧延・直接圧延などの省エネルギープロセスも問題なく適用することができる。
【００５０】
一旦室温まで冷却して再加熱する場合、スラブ加熱温度は１０００℃以上とすることが好ましい。上限は特に存在しないが、１３００℃を超えると酸化重量の増加にともなうスケールロスが増大することなどから、１３００℃以下とすることが好ましい。また、冷却することなく、温片のままで加熱炉に装入し再加熱する等の場合も、スラブ加熱温度は１０００℃以上とするのが好ましい。
【００５１】
次いで、必要に応じて粗圧延を行った後、好ましくは仕上げ圧延温度８００℃以上で仕上げ圧延を行う。仕上げ圧延温度が８００℃未満では、鋼板の組織が不均一になり、加工性を劣化させるおそれがある。上限は特に存在しないが、過度に高い温度で圧延するとスケール疵などの原因となるので、１０００℃以下とすることが好ましい。
【００５２】
熱間圧延後の鋼板は巻き取られるが、その際の温度は７００℃以下であることが好ましい。７００℃を超えると巻取り後に多量のスケールが生成し、冷間圧延前の酸洗の負荷が大きくなる。
【００５３】
次に、冷間圧延工程について説明する。
冷間圧延工程では、熱延板に冷間圧延を施し冷延板とする。冷間圧延条件は、所望の寸法形状の冷延板とすることができればよく、特に限定されないが、表面の平坦度や組織の均一性の観点から、圧下率２０％以上とすることが好ましい。なお、冷間圧延前には、常法に従って酸洗を施せばよいが、熱延板表面のスケールが極めて薄い場合には直接冷間圧延を施してもよい。
【００５４】
次いで、得られた冷延板に焼鈍を施し、冷延焼鈍板とすることが好ましい。焼鈍は、連続焼鈍ラインを用いた連続焼鈍が好ましい。焼鈍は、７００℃以上９００℃以下の温度域に加熱保持することが好ましい。加熱保持温度が７００℃未満では十分に再結晶が起こらず、加工性が低下する場合がある。一方、９００℃を超えると組織が粗大化し、強度加工性バランスが低下する。また、加熱保持時間は、生産性の観点から６００秒以下が好ましい。また、鋼板の均一性の観点から６０ｓ以上であることが好ましい。さらに好ましくは１２０ｓ以上である。焼鈍後の平均冷却速度は特に規定しないが、熱間プレス前は軟質なほうがブランキング等の際に有利であることから、遅いほうが好ましい。ただし、遅すぎると生産性を阻害するため、１℃／ｓ以上が好ましい。さらに、冷却後そのまま、または室温まで冷却後に、１００〜４５０℃で保持することが好ましい。また、その保持時間は３〜３０分であることが好ましい。
【００５５】
なお、素材となる鋼板は冷延鋼板に限らず、溶融亜鉛メッキ鋼板や電気亜鉛メッキ鋼板、熱延鋼板など、熱間プレス後にＴＳが１１８０ＭＰａ以上のあらゆる鋼板に適用可能である。また、冷間圧延後、未焼鈍の状態で使用しても構わない。さらに、耐食性改善等のために鋼板表面にＮｉ等を付着させるなどの表面改質処理を施しても、本発明の効果は問題なく得られる。また、鋼板製造後、形状矯正、表面粗度等の調整のために、伸び率5%以下の調質圧延を施してもよい。
【００５６】
［変形例および他の適用］
（１）上記実施形態では、鋼板１から目的の形状に成形し塗装を施してなる超高強度部材ＴＷを製造する際に、温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施す例を示したが、これに限らず、このような熱処理を行って、もしくは熱処理を行うことなく製造した超高強度部材ＴＷに対して、当該超高強度部材ＴＷの使用前に、上述の、つまり温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施してもよい。この場合であっても、耐遅れ破壊特性に優れる超高強度部材ＴＷに改質して使用することが可能となる。
【００５７】
例えば、超高強度部材ＴＷの使用目的が自動車用構造部材であれば、自動車のフレーム等として車体に組み込む前に、予め超高強度部材ＴＷに対し上述の熱処理条件で熱処理を施す。なお、熱処理を施すタイミングは、超高強度部材ＴＷを使用する直前である必要はなく、超高強度部材ＴＷの製造完了から実際に使用するまでの間に行えばよい。
【００５８】
（２）本実施形態で得られる超高強度部材ＴＷは、構造材全般に好適に用いることができ、自動車用途に限定されず、家電および建築など、高強度および耐遅れ破壊特性が必要とされる他の分野においても好適である。
【００５９】
（３）本実施形態では、塗装後のワークＷＫ全体に対して熱処理を施す例を示したが、図２のように少なくとも打抜き加工を施した部分に対して熱処理を施せば効果が得られるのであり、打抜き加工が複雑でない場合などにあっては、打抜き加工を施した部分だけに対して熱処理を施してもよい。
【００６０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
［製造方法］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る超高強度部材の製造方法を示す概念図である。なお、図４において、第１の実施形態における図１と同じものおよび同じ工程等については同じ符号を付している。
【００６１】
本実施形態に係る超高強度部材の製造方法では、図４に示すように、工程Ａ〜Ｃは上記第１実施形態の製造方法と同様であるが、第１の熱処理工程Ｃの後に、第２の熱処理工程Ｄを行うことで再加熱する点が第１の実施形態の製造方法とは異なる。
【００６２】
第２の熱処理工程Ｄは、第１の熱処理工程Ｃで一旦熱処理を施したワークＷＫに対し、１５０℃以上３００℃未満の温度範囲でかつ１秒〜１０分の熱処理時間で再度熱処理を行う。
【００６３】
その他の製造工程や素材となる鋼板１などについては、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】
［第２の熱処理工程］
以下、本実施形態にとって特徴的な工程である第２の熱処理工程Ｄについて詳細に説明する。
【００６５】
（第２の熱処理工程の作用）
本実施形態では、第１の熱処理工程Ｃを行い、冷却した後、第２の熱処理として１５０℃以上３００℃未満の再加熱を行うことにより、高強度と耐遅れ破壊特性を兼ね備えた超高強度部材ＴＷを得るが、このような第２の熱処理の工程を追加することで、第１の熱処理工程Ｃのみの場合と比較して、より短時間で所望の耐遅れ破壊特性を得ることができる。この理由については必ずしも明らかではないが、本発明者らは、1回目の熱処理で加工によって導入された転位に固着した固溶Ｃや固溶Ｎが、短時間の再加熱により、より強固に転位を固着し、水素の侵入を抑制するためであると考えている。
なお、その他の作用については上記第１の実施形態と同様である。
【００６６】
（第２の熱処理工程における条件）
次に、第２の熱処理工程Ｄの条件について説明する。
・熱処理温度：
第２の熱処理工程Ｄにおける熱処理温度は１５０℃以上３００℃未満とする。１回目の熱処理で加工により導入された転位に固着した固溶Ｃや固溶Ｎを、短時間の再加熱により、より強固に転位を固着し、水素の侵入を抑制する効果を得るためには、1回目の熱処理の条件にもよるが、１５０℃以上であることが好ましい。１５０℃未満では、１０分を超える長い熱処理時間が必要となり、生産性を阻害する。好ましくは２００℃以上である。一方、３００℃以上になると鋼板１の種類によっては強度が低下する場合があるため、３００℃未満とする。好ましくは２５０℃以下である。
【００６７】
第２の熱処理工程Ｄにおける熱処理時間は、１秒〜１０分とする。熱処理時間が１秒未満では十分な水素侵入抑制の効果が得られない場合がある。水素侵入抑制の効果を十分得る観点からは３０秒以上が好ましい。一方、２回熱処理工程を行うことを考慮すると、２回目の熱処理が１０分を超えると生産性を阻害するため、熱処理時間は１０分以下とする。好ましくは５分以下である。
【実施例】
【００６８】
表１に示す成分組成の鋼スラブを連続鋳造により製造し、１２５０℃に再加熱後、仕上げ圧延温度：約８５０℃、巻取り温度：約６００℃で、板厚３．０ｍｍまで熱間圧延を行った。酸洗後、冷間圧延を施して、板厚１．６ｍｍの冷延板とし、次いで８００℃で３００秒間加熱均熱し、４００℃まで平均冷却速度５℃／ｓで冷却し、４００℃で１０分間過時効処理を施した。その後、伸び率：０．２％の調質圧延を施した。
【００６９】
得られた鋼板を、長軸を圧延方向に直交する方向とした５０ｍｍＷ×２００ｍｍＬの寸法に切断し、９００℃に加熱し、３分後に取り出して、その直後に熱間プレス工程の冷却を模擬して上下から鋼製金型を密着させることにより、鋼板を冷却した。この際の冷却速度は約５０℃／ｓであり、冷却終了温度は１００℃以下であった。
【００７０】
得られた鋼板に、表２に示す熱処理を行った後、引張強度、遅れ破壊特性を調査した。各試験方法の詳細は以下の通りである。
【００７１】
・引張強度
熱間プレス工程を模擬した熱処理を施した鋼板からＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定に準拠して引張試験を行った。引張試験により得られた引張強さ（ＴＳ［ＭＰａ］）を表２に示す。また、打抜き加工後の熱処理を模擬して表２に示す熱処理を施し、引張試験を行い、引張強さ（ＴＳ′［ＭＰａ］）を測定した。熱処理による強度変化ΔＴＳ＝ＴＳ−ＴＳ′が５０ＭＰａ以下の場合を良好として表２に○で示し、５０ＭＰａを超える場合を不良として表２に×で示した。
【００７２】
・遅れ破壊特性
せん断打ち抜き加工後の遅れ破壊特性は、熱間プレス工程を模擬した熱処理を施した鋼板の中央に、クリアランス１２．５％で直径１０ｍｍの打抜き穴空け加工を施し、そのまま、または５０〜３００℃で熱処理を施し、２５℃、０．０１％のチオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬して水素チャージを行い、破壊時間を調査した。ここで，水素チャージをチオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬することによって行った理由は、CAMP-ISIJ，Vol.21，p.1454に記載されているように、塩酸浸漬では、浸漬中の鋼板溶解が著しく、試験中に端面が溶解され、水素割れと鋼板溶解による亀裂の区別が困難であるのに対し、チオシアン酸アンモニウム溶液では鋼板溶解量が極めて小さく、０．１規定塩酸と同等の水素をチャージ可能であり、より正確にせん断端面部の水素割れを調査可能であるためである。評価結果は、０．０１％のチオシアン酸アンモニウム溶液に４８時間浸漬により破壊しない場合を、遅れ破壊特性良好（遅れ破壊なし）として表２に○で示し、破壊した場合を遅れ破壊特性不良（遅れ破壊あり）として表２に×で示した。
【００７３】
また、打抜き端面部は打抜きにより導入される歪により、局所的に水素量が多くなると推定されるが、局所的な水素量を定量的に評価することは困難なため、ここでは、打抜きにより導入される歪を模擬して、鋼板に２０％の圧延歪を導入した試験片をそのまま、または上記と同様の熱処理を施したものを別途用意し、上記打抜き材と同時に０．０１％のチオシアン酸アンモニウム溶液に浸漬し、４８時間浸漬後の鋼中拡散性水素量を、昇温分析法（昇温速度２００℃／ｈ）により分析し、侵入水素量を把握した。その結果も表２に示す。なお、拡散性水素は２００℃以下で放出される水素量とした。
【００７４】
【表１】
【００７５】
【表２】
【００７６】
表２より、加工後に熱処理を施した本発明例であるＮｏ．３〜８、１０〜１３、１５〜１７、１９〜２１では、チオシアン酸アンモニウム溶液浸漬による侵入水素量が低く、いずれも遅れ破壊が発生しておらず、遅れ破壊特性に優れていることが確認された。
【００７７】
一方、打ち抜き後に熱処理を施していない、または熱処理温度が低い比較例であるＮｏ．１、２、１４、１８は、いずれも、４８時間のチオシアン酸アンモニウム溶液浸漬試験において破壊が発生した。また、熱処理温度が本発明の上限を超えている比較例のＮｏ．９では、遅れ破壊が発生しておらず、遅れ破壊特性には優れているが、熱処理後の強度が５０ＭＰａを超えて低下してしまった。
【００７８】
本発明例の中では、熱処理後再熱処理を施したＮｏ．１０、１１、１２、１３、１６、１７、２０、２１が二回熱処理の効果により侵入水素量が極めて低くなっており、より遅れ破壊特性に優れることが確認された。
【符号の説明】
【００７９】
１；鋼板
２；コイル
ＷＫ；ワーク
ＴＷ；超高強度部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施す、引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法であって、
前記せん断打ち抜き加工の後に、温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施すことを特徴とする引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理は、温度範囲が２００℃以上３００℃未満であり、保持時間が１秒〜１０分であることを特徴とする請求項１に記載の引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理後に、さらに温度範囲が１５０℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜１０分の第２の熱処理を施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法。
【請求項４】
鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して得られる引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の使用方法であって、
前記高強度部材の使用前に、１００℃以上３００℃未満の温度範囲で、１秒〜６０分加熱することを特徴とする引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の使用方法。
【請求項１】
鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施す、引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法であって、
前記せん断打ち抜き加工の後に、温度範囲が１００℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜６０分の熱処理を施すことを特徴とする引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理は、温度範囲が２００℃以上３００℃未満であり、保持時間が１秒〜１０分であることを特徴とする請求項１に記載の引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理後に、さらに温度範囲が１５０℃以上３００℃未満でかつ保持時間が１秒〜１０分の第２の熱処理を施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の製造方法。
【請求項４】
鋼板を７００〜１０００℃に加熱し、その加熱温度で部品形状に成形すると同時に金型で冷却し、目的の形状にせん断打ち抜き加工を施して得られる引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の使用方法であって、
前記高強度部材の使用前に、１００℃以上３００℃未満の温度範囲で、１秒〜６０分加熱することを特徴とする引張強さが１１８０ＭＰａ以上の超高強度部材の使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２０２２０４（Ｐ２０１１−２０２２０４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８３２５（Ｐ２０１０−６８３２５）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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