熱壓用鋼板和沖壓成形品、以及沖壓成形品的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及在制造汽車的結(jié)構(gòu)零件時(shí)所用的、適于熱壓成形的熱壓用鋼板，和由 運(yùn)樣的熱壓用鋼板得到的沖壓成形品，W及沖壓成形品的制造方法。特別是設(shè)及在適用于 將預(yù)先加熱的鋼板(巧料)成形加工成既定的形狀時(shí)，在付與形狀的同時(shí)實(shí)施熱處理，而得 到既定的強(qiáng)度的熱壓成形法上有用的熱壓用鋼板，和沖壓成形品，W及用于制造運(yùn)樣的沖 壓成形品的有用的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為W地球環(huán)境問題為發(fā)端的汽車的燃油效率提高對(duì)策之一，車體的輕量化推 進(jìn)，需要使汽車所使用的鋼板盡可能地高強(qiáng)度化。另一方面，若使鋼板高強(qiáng)度化，則沖壓成 形時(shí)的形狀精度會(huì)降低。
[0003] 由此，將鋼板加熱到既定的溫度(例如，成為奧氏體相的溫度)而降低強(qiáng)度后，通過 用比鋼板低溫(例如室溫）的模具進(jìn)行成形，在付與形狀的同時(shí)，利用兩者的溫差進(jìn)行急冷 熱處理(澤火），W確保成形后的強(qiáng)度的熱壓成形法在零件(沖壓成形品）的制造中被采用。 還有，運(yùn)樣的熱壓成形法，除了熱壓法W外，還W熱成形法、熱沖壓法、熱壓成型法、模壓澤 火法等各種名稱被稱呼。
[0004] 圖1是表示用于實(shí)施上述運(yùn)樣的熱壓成形的模具構(gòu)成的概略說明圖。圖1中，1表示 沖頭，2表示沖模，3表示巧緣壓牢器，4表示鋼板(巧料），BHF表示壓邊力，rp表示沖頭肩半 徑，rd表示沖模肩半徑，CL表示沖頭/沖模間間隙。另外，運(yùn)些零件之中，可構(gòu)成方式為，在沖 頭1與沖模2中，使其各自的內(nèi)部形成有能夠使冷卻介質(zhì)(例如水)通過的通路la、2a，通過在 該通路中使冷卻介質(zhì)通過，W冷卻運(yùn)些構(gòu)件。
[0005] 使用運(yùn)樣的模具而進(jìn)行熱壓成形(例如，熱深沖加工）時(shí)，將鋼板(巧料)4,加熱到 (Aci相變點(diǎn)~Ac補(bǔ)變點(diǎn)）的二相域溫度或Ac補(bǔ)變點(diǎn)W上的單相域溫度，W使之軟化的狀態(tài) 開始成形。即，W將處于高溫狀態(tài)的鋼板4夾在沖模2與巧緣壓牢器3之間的狀態(tài)，用沖頭1將 鋼板4壓入沖模2的腔內(nèi)（圖1的2、2間），一邊收縮鋼板4的外徑，一邊成形為沖頭1的外形所 對(duì)應(yīng)的形狀。另外，通過在成形同時(shí)冷卻沖頭和沖模，進(jìn)行從鋼板4向模具(沖頭和沖模）的 排熱，并且在成形下死點(diǎn)（沖頭前端位于最深部的時(shí)刻：圖1所示的狀態(tài))進(jìn)一步保持冷卻， 由此實(shí)施原材的澤火。通過實(shí)施運(yùn)樣的成形法，能夠得到尺寸精度良好的1500MPa級(jí)的成形 品，而且與冷態(tài)下成形同等強(qiáng)度級(jí)的零件時(shí)相比較，由于能夠減少成形載荷，所W壓床的容 量很小即可。
[0006] 作為目前廣泛使用的熱壓用鋼板，已知W22MnB5鋼為原材。該鋼板其抗拉強(qiáng)度為 1500MPa，延伸率為6~8%左右，適用于耐沖擊構(gòu)件(碰撞時(shí)極力不使之變形，不會(huì)斷裂的構(gòu) 件）。但是，像能量吸收構(gòu)件運(yùn)樣需要變形的零件中，因?yàn)檠由炻?延展性)低，所W適用困 難。
[0007] 作為發(fā)揮著良好的延伸率的熱壓用鋼板，例如也提出有專利文獻(xiàn)1~4運(yùn)樣的技 術(shù)。在運(yùn)些技術(shù)中，通過將鋼板中的碳含量設(shè)定在各種各樣的范圍，調(diào)整各個(gè)鋼板的基本的 強(qiáng)度等級(jí)，并且導(dǎo)入變形能力高的鐵素體，減少鐵素體和馬氏體的平均粒徑，從而實(shí)現(xiàn)延伸 率的提高。運(yùn)些技術(shù)雖然對(duì)于延伸率的提高有效，但是如果從對(duì)應(yīng)鋼板的強(qiáng)度而提高延伸 率的觀點(diǎn)出發(fā)，則依然不充分。例如，抗拉強(qiáng)度TS為1470MPa W上的，延伸率化最大為10.2 % 左右，還要求進(jìn)一步改善。
[000引另一方面，與至今為止所研究的熱壓成型成形品相比，關(guān)于強(qiáng)度等級(jí)低的成形品， 例如抗拉強(qiáng)度TS為980MPa級(jí)、1 ISOMPa級(jí)，在冷壓時(shí)成形精度存在問題，作為其改善對(duì)策，有 對(duì)于低強(qiáng)度熱壓的需求。運(yùn)時(shí)，需要大幅改善成形品的能量吸收特性。
[0009] 特別是近年來，在1個(gè)零件內(nèi)帶有強(qiáng)度差的技術(shù)的開發(fā)推進(jìn)。作為運(yùn)樣的技術(shù)，提 出有在應(yīng)該防止變形的部位為高強(qiáng)度(高強(qiáng)度側(cè):耐沖擊部位側(cè)），在需要能量吸收的地方 為低強(qiáng)度且為高延展性(低強(qiáng)度側(cè):能量吸收部位側(cè)）的技術(shù)。例如，在中型W上的邸車中， 側(cè)面碰撞時(shí)和后方碰撞時(shí)考慮并存性(小型車在碰撞時(shí)也要保護(hù)對(duì)方的功能），在B柱和側(cè) 梁的零件內(nèi)，有使之擁有耐沖擊性和能量吸收性的兩種功能部位的情況。為了制作運(yùn)樣的 零件，提出有如下等方法：（a)在通常的熱壓用鋼板上，接合即使加熱?模壓澤火至相同溫 度，也不會(huì)成為低強(qiáng)度的鋼板(拼焊板:TWB)方法；（b)讓模具中的冷卻速度有所差異，而使 鋼板的每個(gè)區(qū)域帶有強(qiáng)度差的方法；（C)使鋼板的每個(gè)區(qū)域的加熱溫度有所差異而賦予強(qiáng) 度差的方法。
[0010] 在運(yùn)些技術(shù)中，在高強(qiáng)度側(cè)（耐沖擊部位側(cè)）可達(dá)成抗拉強(qiáng)度：1500M化級(jí)，但在低 強(qiáng)度側(cè)（能量吸收部位側(cè)）最大抗拉強(qiáng)度:700MPa，延伸率化：17 %左右，為了進(jìn)一步提高能 量吸收特性，要求在更高強(qiáng)度下實(shí)現(xiàn)高延展性。
[0011] 另外，為了通過熱壓成型實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀，要求面向在室溫下進(jìn)行沖壓成形而達(dá)到 某種程度的形狀后，再進(jìn)行熱壓成型運(yùn)一方向的應(yīng)用，而為了可切割供熱壓成型的沖壓成 形的鋼板，還同時(shí)要求熱壓成型用鋼板的強(qiáng)度不要過高。
[0012] 可是汽車零件，需要主要由點(diǎn)焊接合，而可知焊接熱影響部化AZ)的強(qiáng)度降低顯 著，焊接接頭的強(qiáng)度降低(軟化)（例如，非專利文獻(xiàn)1)。
[001引【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0014] 【專利文獻(xiàn)】
[0015] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-65292號(hào)公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-65293號(hào)公報(bào)
[0017] 專利文獻(xiàn)3:日本特開2010-65294號(hào)公報(bào)
[0018] 專利文獻(xiàn)4:日本特開2010-65295號(hào)公報(bào)
[0019] 【非專利文獻(xiàn)】
[0020] 非專利文獻(xiàn)1:廣末等"新日鐵技報(bào)"第378號(hào)第15~20頁(2003)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明鑒于上述情況而形成，其目的在于，提供一種熱壓用鋼板，其在熱壓前能夠 易于成形和加工，并且在成形品內(nèi)要求有均勻的特性時(shí)，能夠得到可W高水平達(dá)成高強(qiáng)度 與延伸率的平衡的沖壓成形品，而在單一成形品內(nèi)要求有相當(dāng)于耐沖擊部位和能量吸收部 位的區(qū)域時(shí)，能夠?qū)?yīng)各自的區(qū)域，W高水平達(dá)成高強(qiáng)度與延伸率的平衡，而且在得到HAZ 的軟化防止特性良好的沖壓成形品上是有用的熱壓用鋼板，和提供發(fā)揮著上述特性的運(yùn)種 沖壓成形品，w及用于制造運(yùn)樣的沖壓成形品的有用的方法。
[0022] 能夠達(dá)成上述目的的所謂本發(fā)明的熱壓用鋼板，其特征在于，分別含有
[0023] C: 0.15~0.5% (質(zhì)量％的意思。W下，設(shè)及化學(xué)成分組成均同。）、
[0024] Si:0.2 ~3%、
[00 巧]Μη :0.5~3 %、
[0026] P:0.05%W下(不含 0%)、
[0027] S:0.05%W 下(不含 0%)、
[002引 Al:0.01 ~1%、
[0029] B:0.0002 ~0.01%、
[0030] 11:3.4^]+0.01%^上，3.4^]+0.1%^下（其中，[^表示飾勺含量(質(zhì)量％))、和
[0031] N:0.0010~0.01%，余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，
[0032] 鋼板中包含的含Ti析出物之中，當(dāng)量圓直徑為30nmW下的含Ti析出物的平均當(dāng)量 圓直徑為6nmW下，并且鋼中的析出Ti量與總Ti量滿足下述（1)式的關(guān)系，并且，金屬組織 中，鐵素體的分率為30面積％ ^上。還有，所謂"當(dāng)量圓直徑"，是著眼于含Ti析出物(例如 TiC)的大小(面積)時(shí)，換算成相同面積的圓時(shí)的直徑（"平均當(dāng)量圓直徑"是其平均值）。
[0033] 析出Ti量(質(zhì)量％)-3.4[N]<0.5X [總Ti量(質(zhì)量％)-3.4[N]]...(l)
[0034] ((1)式中，[N]表示鋼中的N的含量(質(zhì)量％ ))
[0035] 在本發(fā)明的熱壓成形用鋼板中，根據(jù)需要，作為其他的元素，還含有下述(a)~k) 中的至少1個(gè)也有用。對(duì)應(yīng)根據(jù)需要而含有的元素的種類，沖壓成形品的特性得到進(jìn)一步改 善。
[0036] (a)從V、Nb和Zr所構(gòu)成的群中選擇的一種W上:合計(jì)為0.1%W下(不含0%)
[0037] (b)從化、Ni、化和Mo所構(gòu)成的群中選擇的一種W上:合計(jì)為1 % W下（不含0 % )
[003引 （C)從Mg、化和REM所構(gòu)成的群中選擇的一種W上:合計(jì)為0.01 % W下（不含0 % )
[0039] 能夠達(dá)成上述目的的所謂本發(fā)明的沖壓成形品的制造方法，其特征在于，將上述 運(yùn)樣的本發(fā)明的熱壓用鋼板，加熱到Aci相變點(diǎn)+20°CW上、Ac3相變點(diǎn)-20°CW下的溫度后， 開始所述鋼板的沖壓成形，成形中和成形結(jié)束后一邊在模具內(nèi)確保20°C/秒W上的平均冷 卻速度，一邊冷卻至比貝氏體相變開始溫度Bs低100°C的溫度W下。
[0040] 在本發(fā)明的沖壓成形品中，沖壓成形品的金屬組織中，殘留奧氏體:3~20面積％， 鐵素體:30~80面積％，貝氏體鐵素體:低于30面積％ (不含0面積％ )，馬氏體:31面積％ W 下(不含0面積％)，沖壓成形品中包含的含Ti析出物之中，當(dāng)量圓直徑為30nmW下的含Ti析 出物的平均當(dāng)量圓直徑為lOnmW下，并且鋼中的析出Ti量與總Ti量滿足下述（1)式的關(guān)系， 在成形品內(nèi)能夠W高水平并作為均勻的特性而達(dá)成高強(qiáng)度與延伸率的平衡。
[0041] 析出Ti量(質(zhì)量％)-3.4[N]<0.5X[總Ti量(質(zhì)量％)-3.4[N]]. . .(1)
[0042] ((1)式中，[N]表示鋼中的N的含量(質(zhì)量％ ))
[0043] 另一方面，能夠達(dá)成上述目的的所謂本發(fā)明的沖壓成形品的另一制造方法，是使 用上述運(yùn)樣的熱壓用鋼板，將鋼板的加熱區(qū)域至少分成2個(gè)區(qū)域，將其中一個(gè)區(qū)域加熱至 Ac3相變點(diǎn)W上且950°CW下的溫度，并且將另一個(gè)區(qū)域加熱至Aci相變點(diǎn)+20°CW上且Ac3相 變點(diǎn)-20°CW下的溫度后，對(duì)于兩個(gè)區(qū)域開始沖壓成形，成形中和成形結(jié)束后，無論哪個(gè)區(qū) 域，均是在模具內(nèi)一邊確保20°C/秒W上的平均冷卻速度，一邊冷卻至馬氏體相變開始溫度 Ms W下的溫度。
[0044] 本發(fā)明另外的沖壓成形品，是具有上述運(yùn)樣的化學(xué)成分組成的鋼板的沖壓成形 品，其特征在于，所述沖壓成形品具有:金屬組織為殘留奧氏體:3~20面積％、馬氏體:80面 積％^上的第一區(qū)域，和金屬組織為殘留奧氏體:3~20面積％、鐵素體:30~80面積％、貝 氏體鐵素體:低于30面積％ (不含0面積％)、馬氏體:31面積％ ^下(不含0面積％)的第二區(qū) 域，該第二區(qū)域的鋼中包含的含Ti析出物之中，當(dāng)量圓直徑為30nmW下的含Ti析出物的平 均當(dāng)量圓直徑為10皿W下，并且鋼中的析出Ti量與總Ti量滿足下述（1)式的關(guān)系。在運(yùn)樣的 沖壓成形品中，能夠?qū)?yīng)各自的區(qū)域，高水平達(dá)成高強(qiáng)