熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法和熱壓成形鋼構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】提供一種不會使鍍鋅鋼板發(fā)生裂紋，能夠減少LME的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法。該制造方法在以下方面具有特征，具有如下工序：使用母材的化學(xué)成分組成符合規(guī)定的鍍鋅鋼板，將該鍍鋅鋼板加熱至Ac3相變點(diǎn)以上的加熱工序；該加熱工序之后，至少進(jìn)行2次熱壓成形的熱壓成形工序，并且所述熱壓成形工序中的任意一次熱壓成形，都以滿足的方式進(jìn)行。還有，所述R是用于熱壓成形的模具的肩部的曲率半徑(mm)，所述t是鍍鋅鋼板的板厚(mm)，所述T是熱壓成形的成形開始溫度(℃)，所述a是常數(shù)0.2984，所述b是常數(shù)590。
【專利說明】熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法和熱壓成形鋼構(gòu)件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法和熱壓成形鋼構(gòu)件，是在制造主要適用于汽車車體的薄鋼板成形品的領(lǐng)域中，將作為其原材的鍍鋅鋼板(包括熔融鍍鋅鋼板、合金化熔融鍍鋅鋼板和電鍍鋅鋼板。以下有時稱為“坯體”)加熱至奧氏體相變點(diǎn)(Ac3相變點(diǎn))以上后，以熱態(tài)進(jìn)行沖壓加工(成形)的方法，特別是涉及顯示出780MPa以上的高強(qiáng)度，并且熔融金屬脆化所致的晶界裂紋受到抑制的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在汽車用鋼零件中，為了兼顧碰撞安全性和輕量化，高強(qiáng)度化(高強(qiáng)度鋼的使用)正在推進(jìn)。另一方面，對高強(qiáng)度鋼材進(jìn)行冷壓成形時，有成形載荷的增大和尺寸精度的劣化等的問題。
[0003]作為其解決手段，已知有熱壓成形技術(shù)，其是對作為原材的鋼板以加熱的狀態(tài)進(jìn)行沖壓成形，同時實(shí)現(xiàn)成形和高強(qiáng)度化。在此方法中，利用模具(沖頭和沖模)成形處于高溫狀態(tài)的鋼板，并且在成形下死點(diǎn)保持冷卻，由此進(jìn)行從鋼板向所述模具的排熱急冷，實(shí)施原材的淬火。利用該熱壓技術(shù)，能夠得到尺寸精度良好，且高強(qiáng)度的成形品(鋼零件、鋼構(gòu)件)。
[0004]另外，在汽車用鋼零件中，從耐腐蝕性的觀點(diǎn)，使用實(shí)施了鍍鋅的鋼板的情況很多。但是，使用鍍鋅鋼板進(jìn)行上述熱壓成形時，成形品上會發(fā)生由于熔融金屬脆化(LiquidMetal Embrittlement,以下有僅記述為LME的情況)引起的晶界裂紋,該裂紋成為實(shí)用化的巨大問題。
[0005]作為解決LME的手段，例如像專利文獻(xiàn)I這樣，已知有進(jìn)行鍍覆和原材的成分的適當(dāng)化，并且在進(jìn)行熱壓前，急冷鍍鋅鋼板的技術(shù)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007-182608號公報(bào)
[0009]但是，想要以專利文獻(xiàn)I這樣的在沖壓成形前進(jìn)行急冷的成形條件解決上述LME的問題時，會產(chǎn)生以下這樣的缺點(diǎn):(I)成形設(shè)備需要急冷設(shè)備；(2)因?yàn)槌尚伍_始溫度低，所以在成形途中容易產(chǎn)生原材溫度低于400°C鄰域的Ms點(diǎn)的部分，招致成形載荷的增加和成形性的降低(裂紋的發(fā)生)的危險性增大。圖1是表示上述成形載荷的增加的圖，是表示對于鋼板進(jìn)行沖孔加工時的沖壓溫度和剪切加工載荷的關(guān)系的曲線圖(圖1中的CL意思是間隙，由設(shè)板厚為100%時的比例(％ )表示)。還有，圖1中，由縱軸的剪切加工載荷評價成形載荷。
[0010]另外由圖2(a)所示的方法進(jìn)行鍍鋅鋼板的熱壓成形時的、成形開始溫度與最大成形高度Hmax的關(guān)系顯示在圖2(b)中。在所述圖2(a)中，I表示球頭沖頭，2表示沖模，3表示壓邊圈，4表示坯體。另外，球頭沖頭I和沖模2其構(gòu)成方式為，在各自的內(nèi)部形成有能夠使冷卻介質(zhì)(例如水)通過的通路(未圖示)，使該通路中通過冷卻介質(zhì)而使這些構(gòu)件得到冷卻。所述圖2(b)的所謂最大成形高度Hmax，表示成形時有裂紋(貫通板厚方向的斷裂)產(chǎn)生的成形高度。
[0011]如所述圖1和所述圖2(b)所示，若成形中的溫度達(dá)到400°C鄰域的Ms點(diǎn)以下，則有成形載荷急劇增加，或成形性(最大成形高度Hmax)急劇降低這樣的問題。特別是將鍍鋅鋼板成形為復(fù)雜的形狀時，作為原材的鍍鋅鋼板和模具的接觸時間增加，鍍鋅鋼板的溫度容易降低，因此成形載荷增加和裂紋的危險性進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明著眼于上述這樣的情況而形成，其目的在于，確立一種使用鍍鋅鋼板進(jìn)行熱壓成形的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，其是能夠減少LME，不會發(fā)生成形載荷的增加和成形性的降低(裂紋)而制造上述鋼構(gòu)件的方法。
[0013]能夠達(dá)成上述目的的本發(fā)明的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，具有如下特征:使用的如下鍍鋅鋼板，并且具有如下的工序:
[0014]所述鋼板的母材的化學(xué)成分組成滿足
[0015]C:0.10% (質(zhì)量％的意思。涉及化學(xué)成分以下均同)以上且0.35%以下、
[0016]Mn:1.0% 以上且 3.5% 以下、
[0017]S1:0.1%以上且2.5%以下、和
[0018]Al:0.50% 以下(不含 0% );
[0019]余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)，
[0020]所述工序?yàn)?
[0021]將該鍍鋅鋼板加熱到Ac3相變點(diǎn)以上的加熱工序；
[0022]在所述加熱工序之后，至少進(jìn)行2次熱壓成形的熱壓成形工序，
[0023]所述熱壓成形工序中的任意一次熱壓成形，均以滿足下式(I)的方式進(jìn)行。
[0024]【數(shù)I】
[0025]y > -(T- b)_..(I)
[0026]其中，R是用于熱壓成形的模具的肩部的曲率半徑(mm)，t是鍍鋅鋼板的板厚(mm)，T是熱壓成形的成形開始溫度(°C )，a是常數(shù)0.2984，b是常數(shù)590。
[0027]作為用于所述熱壓成形的模具，優(yōu)選使用其肩部的曲率半徑，比該熱壓成形之前實(shí)施的熱壓成形中所使用的模具小的半徑。
[0028]作為所述鍍鋅鋼板，若使用其母材的Si量為0.5%以上的，則能夠取得更高強(qiáng)度的鋼構(gòu)件，因此優(yōu)選。
[0029]作為所述鍍鋅鋼板也可以使用的是，其母材作為其他的元素，還含有如下的元素:
[0030](a) B:0.005 % 以下(不含 O % );
[0031](b) Ti 和 / 或 Nb:合計(jì) 0.10% 以下(不含 0% )；
[0032](C)Ni和/或Cu:合計(jì)0.5%以下(不含0% )；
[0033](d) Cr和/或Mo:合計(jì)3.5%以下(不含0% )。
[0034]在本發(fā)明中，也包括由所述制造方法得到的熱壓成形鋼構(gòu)件。
[0035]發(fā)明的效果
[0036]根據(jù)本發(fā)明，在熱壓成形鍍鋅鋼板時，因?yàn)橐詽M足規(guī)定的式(I)的方式控制用于該熱壓成形的模具形狀、鍍鋅鋼板的板厚和熱壓成形的成形開始溫度，所以能夠減少LME，且能夠防止鍍鋅鋼板的裂紋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是表示對于鍍鋅鋼板進(jìn)行沖孔加工時的沖壓溫度與剪切加工載荷的關(guān)系的曲線圖。
[0038]圖2(a)是表示熱壓成形的方式的圖，圖2(b)是表示對于鍍鋅鋼板進(jìn)行沖壓成形加工時的成形開始溫度與最大成形高度Hmax的關(guān)系的曲線圖。
[0039]圖3是說明鋼板的L彎曲成形的圖。
[0040]圖4是表示改變成形開始溫度和模具的彎曲部的曲率半徑R時，LME有無發(fā)生的圖。
[0041]圖5是表示改變成形開始溫度與表層應(yīng)變時，LME有無發(fā)生的圖。
[0042]圖6(a)是表示90°的L彎曲成形(用于熱壓成形的模具的肩部的曲率半徑R =2.5_，彎曲角度Θ =90度)的概略圖，圖6(b)是鋼板的彎曲部附近的截面照片。
[0043]圖7(a)是表示15°的L彎曲成形(用于熱壓成形的模具的肩部的曲率半徑R =2.5_，彎曲角度Θ = 15度)的概略圖，圖7(b)是鋼板的彎曲部附近的截面照片。
[0044]圖8是表示現(xiàn)有的多工序冷壓制成的復(fù)雜成形品的制造例的照片
[0045]圖9是表示本發(fā)明的熱壓成形時的成形開始溫度與模具的彎曲部的曲率半徑R(彎曲R(rp))的關(guān)系的圖。
[0046]圖10是表示本發(fā)明的熱壓成形鋼構(gòu)件(最終成形品)的例子的剖面圖。
[0047]圖11(a)表示本發(fā)明的熱壓成形時的預(yù)備成形后的形狀，圖11(b)表示最終成形后的形狀。
[0048]圖12表示實(shí)施例的熱壓成形鋼構(gòu)件的硬度測量點(diǎn)的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0049]為了解決上述的課題，本
【發(fā)明者】們對在下述表I的坯體標(biāo)記A、B、D和E的基底鋼板(予以說明，所述坯體標(biāo)記A是一般的熱壓用鋼板)上實(shí)施了 GI鍍覆(熔融鍍鋅)或GA鍍覆(合金化熔融鍍鋅)的熱壓用鍍鋅鋼板(坯體)，實(shí)施彎曲成形(圖3所示那樣的單一工序的90°的L彎曲成形)，針對LME進(jìn)行各種評價，反復(fù)銳意研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為LME發(fā)生的原因，不僅是目前認(rèn)為的成形開始溫度，成形時對鋼板附加的應(yīng)變量也產(chǎn)生重大影響(即彎曲的曲率半徑也產(chǎn)生重大影響)，從而完成了本發(fā)明。以下，對于詳情進(jìn)行說明。
[0050][表 I]
[0051]












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[0053]下述表2?5是表示不同于上述各鍍鋅鋼板，改變成形開始溫度和所述模具的彎曲部的曲率半徑R(彎曲R、rp)時的LME有無發(fā)生的表。在下述表2?5中，晶界裂紋從母材的表層達(dá)到5 μ m以上的深度的情況，作為LME發(fā)生的條件，表示為“ X ”，未發(fā)生上述LME的條件表示為“〇”。LME有無發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)，在后述的表7和表8中也同樣。還有，在表2?5中，也記述為各個模具的肩部的曲率半徑(rp)所對應(yīng)的應(yīng)變(鋼板的表層應(yīng)變，是附加于鋼板的彎曲部的外側(cè)部分的應(yīng)變，以下，也有僅記述為“應(yīng)變”的情況)。
[0054][表2]
[0055]材料A(GI70g/m2)表 2
[0056]
—....—成形開&溫度
彎曲R
表層應(yīng)變 550°C 600°C 650°0 700°C 760 C
_Φ__
2.5mm 22?__O__O__XxX
5.0mm 12% O O XxX
7-5mm__9%__O__Q OxX
10mm 7% — O 一 Q —〇Q....................................0'
15mm I 5% I Q —Q QQ Q

*v1V JTl■ n ?V—纛 JT年 A I? tr■ ■.?—1 纛，W
[0057]O:沒有LME發(fā)生，X:有LME發(fā)生
[0058][表3]
[0059]材料B(GI70g/m2)表 3
[0060]
~----__成形開始溫度
彎曲R?

親應(yīng)變550°C600°C 650°C 700°C 750°C


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2.5mm22%OQxxx
5.0mm12%〇 O__><__^x
7.5mm9%OO Q Xx
I 10 mm7%__O O__O__O__O
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[0061]O:沒有LME發(fā)生，X:有LME發(fā)生
[0062][表 4]
[0063]材料D (GI 100g/m2)表 4
[0064]
I成形開始溫度彎曲R ^~嫌.TI1-1 一
Φ 表層應(yīng)變55Q°C —咖。c 700°c威
2.5mm__22%__O__O__><__x__K
5.0^m ~?2%~ —〇.—…〇 Q ~~……V— X
7.5mm__9%__O__O__Q xX
10mm7%OOO q -
—1~5mm5%Q Q —〇 〇 ~ -
[0065]O:沒有LME發(fā)生，X:有LME發(fā)生
[0066][表5]
[0067]材料E (GA80g/m2)表 5
[0068]
~~~成形開始溫度艦
_彎曲R

表層應(yīng)變55 O0C BOOuC 650°C 700°C 750°C
_rp__
~2.5 mm 22%O O 一 X X _X~"
5.0mm 12?O 〇 O X X ~
7.5mm 9%O O O O X
1mm 7%OOOO:—
15mm 5G/oO ? O 0.
[0069]O:沒有LME發(fā)生，X:有LME發(fā)生
[0070]由表2?5的結(jié)果判明，在成形開始溫度高，且模具的彎曲部的曲率半徑R小(鋼板的表層應(yīng)變(附加應(yīng)變)大)條件下LME發(fā)生。這被認(rèn)為是由于成形時的溫度越高，鍍覆中的鋅的液相分率越上升，另外彎曲部的表層的拉伸應(yīng)變越大，液相的鋅容易進(jìn)入原材的晶界。
[0071]表6疊加了所述表2?5的結(jié)果。表6中，無論哪種材料(坯體)，只要發(fā)生了LME (不論材料,均有LME發(fā)生)就表示為“ X ”，根據(jù)材料不同而發(fā)生了 LME時表不為“▲”，無論哪種材料均未發(fā)生LME時(不論材料，均無LME發(fā)生)表示為“O”。
[0072][表6]
[0073]
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[0074]圖4是將表6的結(jié)果繪制成的曲線圖。由圖4可知，不論材料(坯體)如何，LME發(fā)生的區(qū)域和未發(fā)生的區(qū)域的邊界線，如以下說明那樣的能夠由使用了成形開始溫度、模具的彎曲部的曲率半徑和鍍鋅鋼板的板厚的函數(shù)體現(xiàn)。
[0075]S卩，為了不使LME發(fā)生，設(shè)定滿足下述式(I)這樣的成形開始溫度、模具的彎曲部的曲率半徑和鍍鋅鋼板的板厚而進(jìn)行成形即可。
[0076]【數(shù)2】
[0077]— > ^ja '(T — b)...(I)
[0078]其中，R是用于沖壓成形的模具的肩部(特別是指彎曲內(nèi)側(cè)的模具的肩部。下同)的曲率半徑(也稱為“彎曲R”。)，t是鍍鋅鋼板的板厚，T是熱壓成形的成形開始溫度，a是常數(shù)0.2984，b是常數(shù)590。以下，模具的彎曲部之中，有沖模肩部的曲率半徑記述為rd，沖頭肩部的曲率半徑記述為rp的情況。還有，在式(I)中，T低于590°C時，意味著不論R和t如何，都不會發(fā)生LME。
[0079]上述常數(shù)a和常數(shù)b的決定方法如下。首先，本
【發(fā)明者】們認(rèn)為能夠?qū)⑺鰣D4所示的LME有無發(fā)生的邊界線，表示為ε (表層應(yīng)變)與T (成形開始溫度)的反比例的關(guān)系式。再次，由于該邊界線與成形開始溫度:590°C的線漸近，所以認(rèn)為上述邊界線是否能夠以下述式⑴這樣的反比例式表現(xiàn)。使用圖4的數(shù)據(jù)，整理成ε (表層應(yīng)變)與T(成形開始溫度)的關(guān)系的圖是圖5。
[0080]ε X (Τ-590)=固定值...(i)
[0081]于是，為了接近上述圖5所示的LME有無發(fā)生的邊界線而對上述式(i)進(jìn)行嘗試法修正，其結(jié)果可知，能夠由下述式(ii)體現(xiàn)。
[0082]ε X (Τ-590)1/2 = 0.9153...(ii)
[0083]S卩，沒有LME發(fā)生的區(qū)域由下述式(iii)表示。
[0084]ε X (Τ-590)1/2 < 0.9153...(iii)
[0085]那么ε —般由下述式(iv)表示。因此，若將由該式(iv)表示的ε代入上述式
(iii)中，進(jìn)行變形，則能夠得到下述式(V)。
[0086]ε = t/ (2 XR)…(iv)
[0087]其中，在式(iv)中，R是用于沖壓成形的模具的肩部的曲率半徑，t是鍍鋅鋼板的板厚。
[0088]【數(shù)3】
[0089]— > ▽0.2984.(T - 590)..■(▽)
[0090]在本發(fā)明中，由上述式(V)，依次使0.2984為常數(shù)a，590為常數(shù)b。
[0091]還有，若將上述式(iii)變形，則作為使用了附加到鍍鋅鋼板上的應(yīng)變ε和成形開始溫度T的LME的判定式，也能夠以下述式(2)的方式表示。
[0092]【數(shù)4】

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[0093]B <—-======"'(2)
?.」Ci ’ (T 一 U)
[0094]在式(2)中，ε是表層應(yīng)變，T是成形開始溫度(°C )，a是常數(shù)(0.2984)，b也是常數(shù)(590)。
[0095]還有在實(shí)際的成形中，彎曲角度大幅偏離90°的情況，和彎曲造成的應(yīng)變和拉伸造成的應(yīng)變復(fù)合作用的情況也很多，這種情況下，使用數(shù)值模擬，預(yù)測成形過程的ε和溫度Τ，如果使其滿足上述式(2)的關(guān)系而進(jìn)行工序設(shè)計(jì)，則也能夠防止LME的發(fā)生。所述數(shù)值模擬可以使用作為通用軟件的Abaqus (夕' 〃 一.'> > f ^ < (株)制)，進(jìn)行溫度和應(yīng)變的耦合計(jì)算(練成計(jì)算)，只要是進(jìn)行一般的溫度與應(yīng)變的耦合計(jì)算的軟件，哪種都可以使用。
[0096]進(jìn)行彎曲角度不同的L彎曲時，能夠使用所述式⑵的應(yīng)變ε判定LME是否發(fā)生。例如，若作為成形開始溫度T而將700°C代入式(2)，則ε < 0.09，未使LME發(fā)生的附加應(yīng)變(表層應(yīng)變)的范圍預(yù)測低于9%。
[0097]為了驗(yàn)證該預(yù)測，如圖6(a)、圖7(a)所示，進(jìn)行特定角度(Θ =90°或Θ =15° )下的L彎曲的實(shí)驗(yàn)。圖6 (a)和圖7(a)的實(shí)驗(yàn)條件，均如下述。
[0098]使用材料:表I的材料(坯體)標(biāo)記A
[0099]加熱溫度:930°C
[0100]加熱時間:6分鐘
[0101]成形開始溫度:700°C
[0102](I)彎曲角度為90°時
[0103]彎曲角度90°的情況下，以上述的數(shù)值模擬計(jì)算鋼板的應(yīng)變時，最大應(yīng)變(鋼板的表層應(yīng)變)約為0.29(29% )。這能夠判定為，因?yàn)槌^上述9%，所以彎曲角度為90°時，LME發(fā)生。這與圖6(b)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(LME發(fā)生)一致。
[0104](2)彎曲角度為15。時
[0105]另一方面，以數(shù)值模擬計(jì)算彎曲角度15°時的最大應(yīng)變，結(jié)果最大應(yīng)變約為0.06(6%)。這能夠判定為，因?yàn)榈陀谏鲜?%，所以彎曲角度15°時LME不會發(fā)生。這與圖7(b)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(LME不發(fā)生)一致。
[0106]那么，作為成形復(fù)雜的形狀的手段，在冷成形中通常使用的這種使用多工序進(jìn)行成形的方法，在用于防止LME上被認(rèn)為更有效。圖8是表示現(xiàn)有的多工序冷壓形成的復(fù)雜成形品的制造例的照片(第114次塑性加工工學(xué)講座-板材形成的基礎(chǔ)與應(yīng)用_(主辦:日本塑性加工工學(xué)會(實(shí)行:板材形成分科會)，平成21年9月28日(月)?9月30日(水)))。
[0107]本發(fā)明中，在熱壓成形工序中，至少進(jìn)行2次熱壓成形，并且使任意一次熱壓成形都滿足上述式(I)。圖9是表示本發(fā)明的熱壓成形中的成形開始溫度與模具的彎曲部的曲率半徑R(彎曲R(rp))的關(guān)系的圖，進(jìn)行合計(jì)三道工序的熱壓成形。如圖9所示，通過在LME非發(fā)生區(qū)域(滿足上述式(I)的條件)進(jìn)行各工序，能夠抑制LME。優(yōu)選作為用于熱壓成形的模具，使用其肩部的曲率半徑比該熱壓成形之前實(shí)施的熱壓成形中所使用的模具小的。根據(jù)該優(yōu)選的實(shí)施方式，在高溫區(qū)域減少應(yīng)變，在低溫區(qū)域增大應(yīng)變，如此一邊控制附加應(yīng)變一邊進(jìn)行多工序成形，能夠更進(jìn)一步抑制LME。
[0108]所述圖9的多工步的熱壓成形的施工方法，與圖8所例示的冷壓成形工序一樣，最初以不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇致缘男螤畛尚?，再慢慢成形為?fù)雜的(準(zhǔn)確的)形狀，因此不僅LME得到充分地抑制，而且也可以進(jìn)行更加復(fù)雜的形狀的成形。
[0109]為了方便，本發(fā)明的多工序熱壓形成中，將最終的沖壓形成稱為“最終沖壓形成”，將該最終沖壓形成以外的熱壓成形(即，進(jìn)行由η道工序構(gòu)成的熱壓成形時，第I道工序?第(n-1)道工序的熱壓成形)稱為“預(yù)備沖壓成形”。預(yù)備沖壓成形可以是I道工序，也可以是2道工序以上。
[0110]在多工步的熱壓成形的施工方法中，在鍍覆處于液相狀態(tài)的高溫下，因?yàn)樽兂蓱?yīng)變少的成形，所以可以將成形時鋼板受到的表面壓力抑制得很低。因此，也可以抑制鍍覆向模具的固著(日文原文:凝著)。
[0111]從多工序中的任意一道工序都要抑制LME的觀點(diǎn)出發(fā)，熱壓成形的成形開始溫度以滿足上述式(I)的方式，根據(jù)用于沖壓成形的模具的肩部的曲率半徑R、鍍鋅鋼板的板厚t適宜決定即可。還有，從抑制成形載荷的增加和成形性的降低的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選所述成形開始溫度為400°C以上。
[0112]在所述熱壓成形工序前，將所述鍍鋅鋼板加熱至加熱溫度=Ac3相變點(diǎn)(Ac3點(diǎn))以上。若該加熱溫度低于Ac3相變點(diǎn)，則構(gòu)件的顯微組織中大量生成鐵素體，不能確保必要的構(gòu)件強(qiáng)度。另一方面，若該加熱溫度過高，則構(gòu)成構(gòu)件的顯微組織粗大，延展性和彎曲性劣化，此外鍍鋅的劣化顯著，構(gòu)件的耐腐蝕性有可能不能發(fā)揮。因此加熱溫度的上限優(yōu)選為(Ac3A+150) °C以下，更優(yōu)選為約(Ac3A+100) °C以下。另外，上述加熱溫度下的保持時間，優(yōu)選為10分鐘以內(nèi)，更優(yōu)選為6分鐘以內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選為4分鐘以內(nèi)，也可以不進(jìn)行上述加熱溫度下的保持。
[0113]由本發(fā)明的制造方法得到的鋼構(gòu)件的強(qiáng)度，TS為780MPa以上(維氏硬度(以下記述為Hv) 240以上)，更優(yōu)選為980MPa以上(Hv300以上)，進(jìn)一步優(yōu)選為1470MPa以上(Hv450 以上)。
[0114]像本發(fā)明這樣進(jìn)行多工序的熱壓成形時，工序間的搬送時為空冷，冷卻速度慢，因此難以確保成形后的鋼零件的強(qiáng)度。另外，不進(jìn)行下死點(diǎn)保持時，也難以確保成形后的鋼零件的強(qiáng)度。在這樣不進(jìn)行下死點(diǎn)保持的本發(fā)明的多工序成形中，為了也達(dá)成上述的TS780MPa以上(Hv240以上)，還需要以下述方式調(diào)整用于熱壓成形的鍍鋅鋼板的母材的化學(xué)成分(還有使用該鍍鋅鋼板得到的熱壓成形鋼構(gòu)件的化學(xué)成分)。以下，對于進(jìn)行各元素說明。
[0115]滿足C:0.10%以上且0.35%以下，
[0116]Mn:1.0% 以上且 3.5% 以下，
[0117]S1:0.1%以上且2.5%以下，和
[0118]Al:0.50%以下(不含0% )，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0119](鍍鋅鋼板的母材的化學(xué)成分組成)
[0120][C:0.10% 以上且 0.35% 以下]
[0121]鋼構(gòu)件的強(qiáng)度首先由C量決定。在本發(fā)明中，為了在上述方法(多工序的加工處理)中取得高強(qiáng)度，需要使C量為0.10%以上。優(yōu)選為0.15%以上，更優(yōu)選為0.18%以上。還有，從確保上述強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，C量的上限沒有特別限定，但若考慮所得到的構(gòu)件的強(qiáng)度以外的特性(焊接性和韌性等)，則C量的上限為0.35%以下T 3。優(yōu)選為0.30%以下，更優(yōu)選為0.25%以下。
[0122][Mn:1.0% 以上、3.5% 以下]
[0123]Mn是使鋼板的淬火性提高的元素。另外，為了在以多工序?yàn)榍疤岬臒釅撼尚沃械玫礁邚?qiáng)度的構(gòu)件，必須在工序間抑制軟質(zhì)相從奧氏體中析出。Mn是抑制上述軟質(zhì)相析出的重要的元素。從這些觀點(diǎn)出發(fā)，需要使Mn含有1.0%以上。Mn量優(yōu)選為1.5%以上，更優(yōu)選為1.8%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為2.0%以上。但是，即使Mn量超過3.5%，其效果也是飽和，成為成本上升的要因。因此Mn量為3.5%以下。優(yōu)選為3.0%以下，更優(yōu)選為2.8%以下。
[0124][S1:0.1% 以上 2.5% 以下]
[0125]在以多工序?yàn)榍疤岬谋景l(fā)明的加工處理中，需要以成形結(jié)束溫度比現(xiàn)有的熱壓成形(例如成形結(jié)束后直接在模具內(nèi)冷卻至100°C左右)更高溫的狀態(tài)下，從模具中取出成形構(gòu)件。因此，取出后的冷卻速度比現(xiàn)有的加工處理降低。Si是具有如下效果的元素，其抑制從模具中以高溫狀態(tài)取出后的構(gòu)件的顯微組織的回火。通過含有該Si，即使在多工序的熱成形中從模具中取出之后的冷卻緩慢時，也能夠確保鋼構(gòu)件的強(qiáng)度。為了得到這一效果，需要使Si量為0.1%以上。Si量優(yōu)選為0.5%以上，由此也能夠抑制低溫域下的回火，能夠達(dá)成TS1180MPa以上(Hv360以上)。Si量更優(yōu)選為1.0 %以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1.2%以上。還有，即使過量添加Si，其效果也是飽和，因?yàn)槭够卒摪宓谋砻嫘誀盍踊?，所以Si量為2.5%以下。Si量優(yōu)選為2.0%以下，更優(yōu)選為1.5%以下。
[0126][Al:0.50% 以下(不含 0% )]
[0127]Al是用于脫氧的兀素,Al量優(yōu)選為0.01%以上。另一方面,若Al量增加,則鋼板的Ac3點(diǎn)上升。其結(jié)果是，需要使沖壓成形前的加熱溫度達(dá)到更高溫度，或需要延長加熱時間，需要的能量增加等構(gòu)件的制造成本上升。因此Al量為0.50%以下。Al量優(yōu)選為0.20%以下，更優(yōu)選為0.10%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.050%以下。
[0128]上述母材的成分如上述,余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)(例如，P、S、N、O、As、Sb、Sn等)構(gòu)成。從確保焊接性等的觀點(diǎn)出發(fā)，所述不可避免的雜質(zhì)中的P和S，優(yōu)選P減少到0.02%以下，S減少到0.02%以下。另外，若N量過剩，則熱成形后的韌性劣化，或招致焊接性等的劣化。因此，優(yōu)選N量抑制在0.01%以下。此外O為表面瑕疵的原因，因此優(yōu)選抑制在0.001%以下。
[0129]如上述使用淬火性良好的材料，即使擴(kuò)大模具的間隙，成形品的強(qiáng)度確保也變得容易。因此，可以較寬泛地緩和模具的間隙，使成形時的表面壓力降低。此外，通過使用這樣的材料，可更容易地抑制LME的發(fā)生和鍍覆對模具的固著。
[0130]本發(fā)明的鍍鋅鋼板，其母材在不阻礙本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)，也可以還含有下述元素。
[0131][B:0.005% 以下(不含 0% )]
[0132]B使鋼材的淬火性提高，是防止多工序中的工序間的軟質(zhì)相的析出的元素。因此，是在多工序的熱壓成形中對于確保更高強(qiáng)度(Hv450以上)有效的元素。為了發(fā)揮這一效果，優(yōu)選使之含有0.0003%以上。更優(yōu)選為0.0015%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0020%以上。另一方面，若B過剩地含有，則BN過剩地生成，招致韌性的劣化。因此，優(yōu)選B量抑制在0.005%以下。更優(yōu)選為0.0040%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0035%以下。
[0133][Ti和/或Nb:合計(jì)0.10%以下(不含0% )]
[0134]Ti和Nb使構(gòu)件的顯微組織微細(xì)化，具有提高使構(gòu)件的強(qiáng)度-延展性平衡的效果。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選這些元素合計(jì)含有0.015%以上(更優(yōu)選為0.020%以上)。另一方面，若Ti和Nb的合計(jì)量過剩，則原板強(qiáng)度過高，招致切斷/沖孔工具壽命的降低(結(jié)果是成本上升)。因此，這些元素的含量合計(jì)為0.10%以下(優(yōu)選為0.06%以下，更優(yōu)選為0.04%以下)。
[0135][Ni和/或Cu:合計(jì)0.5%以下(不含0% )]
[0136]NiXu對于鋼板的淬火性提高是有效的元素。另外對于成形品的耐延遲斷裂性的提高也是有用的元素。為了發(fā)揮這樣的效果，優(yōu)選合計(jì)使之含有0.01%以上。更優(yōu)選為合計(jì)0.1%以上。但是，若其含量過剩，則成為鋼板制造時的表面瑕疵的發(fā)生原因。其結(jié)果是發(fā)生酸洗性的降低，招致生產(chǎn)率的惡化。因此優(yōu)選這些元素合計(jì)為0.5%以下(更優(yōu)選為
0.3%以下)。
[0137][Cr和/或Mo:合計(jì)3.5%以下(不含0% )]
[0138]Cr、Mo對于提高鋼板的淬火性是有效的元素。另外如前述，在多工序的熱壓成形中，抑制工序間從奧氏體發(fā)生軟質(zhì)相析出，這是用于得到高強(qiáng)度的構(gòu)件所必須的。為了抑制所述軟質(zhì)相析出，Mn是最有效的元素，但利用Cr和Mo也能夠得到同樣的效果。因此優(yōu)選這些元素合計(jì)含有0.1 %以上，更優(yōu)選為0.15%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.20%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為0.25%以上。另一方面，即使添加量超過3.5%，其效果也是飽和并成為成本上升的要因。這些元素成本上昂貴，因此優(yōu)選作為上述Mn的輔助性的添加。因此優(yōu)選這些元素合計(jì)為3.5%以下，更優(yōu)選為3.0%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2.8%以下。
[0139](坯體的制法)
[0140]母材滿足上述成分組成的坯體(鍍鋅鋼板)的制造方法，沒有特別限定。遵循通常的方法，進(jìn)行鑄造、加熱、熱軋，再在酸洗后進(jìn)行冷軋，根據(jù)需要進(jìn)行退火而得到熱軋鋼板和冷軋鋼板。此外，通過對于該熱軋鋼板和冷軋鋼板實(shí)施鍍覆(含鋅鍍覆等)，能夠得到鍍覆鋼板(熔融鍍鋅鋼板(GI)等)，還有使之合金化的合金化熔融鍍鋅鋼板(GA)等。
[0141]還有，加熱鋼材時的向奧氏體的相變結(jié)束溫度(Ac3點(diǎn))如下述式(3)這樣表示。
[0142]
Ac3 點(diǎn)(V) =910—203χΠ —15.2χ [Ni] +44.7χ [Si] +104χ [V]
+31.5χ [Mo] +13.1χ〔W] —30χ[Μη〕一Ilx [Cr] —20χ [Cu]...(3)
[0143]其中，關(guān)于鋼材中不包含的化學(xué)成分，代入零。
[0144]本申請基于2012年3月30日申請的日本專利申請第2012-083003號主張優(yōu)先權(quán)的利益。2012年3月30日申請的日本專利申請第2012-083003號的說明書的全部內(nèi)容，用于本申請的參考而援引。
[0145]【實(shí)施例】
[0146]以下，列舉實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明當(dāng)然不受下述實(shí)施例限制，在能夠符合前、后述的宗旨的范圍內(nèi)當(dāng)然也可以適當(dāng)加以變更實(shí)施，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)的范圍內(nèi)。
[0147](實(shí)施例1)
[0148]對于以930°C加熱6分鐘的長230mmX縱深50mm的坯體(對于上述表I的材料A實(shí)施了熔融鍍鋅的熔融鍍鋅鋼板)，實(shí)施熱壓成形(單純彎曲成形(成型))，成為圖10所示的形狀。成形條件顯示在表7中。如表7所示，以條件I和2，由I道工序成形為圖10所示的形狀。另外在條件I和2下，使用油壓機(jī)，以下死點(diǎn)保持時間10秒的條件進(jìn)行。
[0149]若將所述條件I (表7所示的T = 750°C和t (板厚)=1.4mm)代入上述式(I)，則R>9.7。即，在條件I下為了防止LME發(fā)生，需要使沖模肩部的曲率半徑(rd)和沖頭肩的曲率半徑(rp)超過9.7mm。相對與此,如圖10這樣,在條件I下，使用rpl = 2.5mm、rp2=2.5mm、rdl = 2.5mm且rd2 = 2.5mm的模具，即，以不滿足式(I)的條件進(jìn)行成形。
[0150]別外，若將所述條件2 (表7所示的T = 600°C和t (板厚)=1.4mm)代入上述式
(1)，則R>2.4。即，在條件2下為了防止LME發(fā)生，需要使沖模肩部的曲率半徑(rd)和沖頭肩的曲率半徑(rp)超過2.4mm。相對于此,在條件2下,如圖10使用rpl = 2.5mm、rp2=2.5mm、rdl = 2.5mm且rd2 = 2.5mm的模具，即，以滿足式(I)的條件成形(還有，在條件2下，如后述因?yàn)橐訧道工序且進(jìn)行了沖壓前的急冷，所以不能良好地成形)。
[0151]另一方面，條件3是以本發(fā)明所規(guī)定的方法成形的例子。詳細(xì)地說，如圖11(a) (b)所示，是使用曲柄壓力機(jī)，以預(yù)備形成一主成形(最終成形)的2道工序成形為圖10所示的形狀。工序間進(jìn)行手動搬送。另外不進(jìn)行下死點(diǎn)保持。此外，從加熱爐(以加熱溫度930°C加熱6分鐘)至進(jìn)行預(yù)備成形的模具的搬送時間為10秒。
[0152]條件3的預(yù)備成形開始溫度是750°C。像這樣成形開始溫度T為750°C時，若將T= 750°C和t (板厚)=1.4mm代入上述式(I)，則R >9.7。即，用于防止LME的發(fā)生的沖模肩部的曲率半徑(rd)和沖頭肩的曲率半徑(rp)所允許的范圍超過9.7_。在條件3下，以滿足此計(jì)算出的條件(即，式(I))的方式，用于預(yù)備成形的模具的rpl = 27.5mm,rdl =
10.0mnin
[0153]另外條件3的主成形(最終成形)開始時的鍍鋅鋼板的溫度T為600°C。像這樣成形開始溫度為600°C時，若將T = 600°C和t (板厚)=1.4mm代入上述式(I)，則R >2.4。即，用于防止LME的發(fā)生的沖模肩部的曲率半徑(rdl、2)和沖頭肩的曲率半徑(rpl、2)所允許的范圍超過2.4_。在條件3下，以滿足該計(jì)算出的條件(即，式(I))的方式，用于最終成形的模具的 rpl = 2.5mm, rp2 = 2.5mm, rdl = 2.5mm, rd2 = 2.5mm。
[0154]在上述條件I?3的成形中，如前述這樣調(diào)查鍍鋅鋼板有無LME發(fā)生。另外目視調(diào)查鍍鋅鋼板有無裂紋發(fā)生。其結(jié)果顯示在表7中。
[0155][表7]
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[0157]如表7所示，在條件I下，以I道工序且不滿足式(I)的條件成形為圖10的形狀，因此LME發(fā)生，鍍鋅鋼板發(fā)生裂紋。
[0158]關(guān)于表7的條件2，模擬沖壓前進(jìn)行急冷的現(xiàn)有技術(shù)。如該表7的條件2所示，以300C /秒的冷卻速度空氣急冷至600°C后開始成形，能夠抑制LME,但鍍鋅鋼板發(fā)生裂紋。艮P，可知若像該條件2這次以I道工序成形，則鍍鋅鋼板發(fā)生裂紋。
[0159]相對于此，如表7的條件3所示，可知若以本發(fā)明中規(guī)定的方法進(jìn)行多工序的熱壓成形，則能夠抑制LME和裂紋兩者。在裂紋的抑制中，由預(yù)備成形導(dǎo)入的多余厚度(圖11(a))有很大幫助。
[0160]另外，關(guān)于條件3，如上述，使用與冷壓同樣的曲柄壓力機(jī)，無下死點(diǎn)保持而進(jìn)行成形。無下死點(diǎn)保持，能夠使成形時的生產(chǎn)率飛躍性地提高。
[0161]另外，在條件I中，若增加成形片數(shù)而進(jìn)行，則可見鍍覆從沖模的沖模肩部沿著縱壁向模具的固著。另一方面，在滿足本發(fā)明的規(guī)定的條件3下，即使增加成形片數(shù)，鍍覆向模具的固著也得到良好抑制。這被認(rèn)為是由于，在條件3下，在以高溫進(jìn)行的預(yù)備成形中以大的沖模肩R(rd = 10.0)進(jìn)行成形，其結(jié)果是成形時作用于模具的表面壓力降低。如此可知，本發(fā)明不僅對于減少LME有效，而且對于減少鍍覆向模具的固著也有效。如果鍍覆的固著減少，則有模具的維護(hù)頻率可以很少這樣的優(yōu)點(diǎn)。
[0162](實(shí)施例2)
[0163]使用表8所示的各種材料，以與表7的條件3相同的成形條件進(jìn)行成形。詳細(xì)地說，在條件4?10中，使用母材的化學(xué)成分為優(yōu)選的(Si量為0.5%以上，另外除了基本成分以外，還含有規(guī)定量的選擇元素(B、T1、N1、Cu、Cr))鋼板(表I的坯體標(biāo)記B?E)，進(jìn)行多工序的成形。除使用的鍍鋅鋼板的材料不同以外，均以與表7的條件3同樣的成形條件進(jìn)行成形。然后，以如下方法調(diào)查所得到的成形品(構(gòu)件)的硬度。即，硬度(維氏硬度)，如圖12所示，是對于構(gòu)件截面內(nèi)的5處，以載荷Ikgf，測量l/4t (板厚)位置，求得上述5處的平均值。其結(jié)果顯示在表8中。表8中還顯示表7的條件3的結(jié)果(硬度)。
[0164][表8]
[0165]
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[0166]由表8可知，在條件3下，除了 LME抑制、裂紋抑制和鍍覆的模具固著抑制以外，能夠達(dá)成Hv = 300且TS980MPa以上。此外在母材的化學(xué)成分組成調(diào)整到優(yōu)選范圍的條件4?條件10中，除了 LME的抑制、鋼板的裂紋抑制和鍍覆的模具固著以外，還能夠達(dá)成更高的強(qiáng)度(Hv380以上，進(jìn)一步Hv450以上)。
[0167]如此，通過使用母材的化學(xué)成分滿足基本成分的鍍鋅鋼板，以多工序且無下死點(diǎn)保持的熱壓成形，能夠達(dá)成Hv = 300以上。此外，通過使用母材的化學(xué)成分被調(diào)整至優(yōu)選的范圍的鍍鋅鋼板，以多工序且無下死點(diǎn)保持的熱壓成形能夠達(dá)成Hv = 380以上(進(jìn)一步達(dá)Hv = 450以上)的硬度，能夠?qū)崿F(xiàn)與冷壓成形同等高的強(qiáng)度且生產(chǎn)率。
[0168]還有，母材的化學(xué)成分組成、鍍覆種類不同時，關(guān)于式(I)，雖然有一些差異，但確認(rèn)為大致同樣的結(jié)果，如果以式(I)的判定基準(zhǔn)進(jìn)行沖壓成形形狀的設(shè)定，則如本實(shí)施例這樣，即使母材的化學(xué)成分、鍍覆種類變化，仍確認(rèn)到可靠的工序設(shè)計(jì)。此外，在本實(shí)施例中，展示了加熱時間為6分鐘的實(shí)施例，但加熱時間為3分和4分鐘時，仍確認(rèn)到能夠得到本發(fā)明的效果。
[0169]另外，如實(shí)施例2，通過使用母材為優(yōu)選的化學(xué)成分組成的鍍鋅鋼板，即使模具間的間隙擴(kuò)大，仍能夠確保十分高的強(qiáng)度。因此，能夠?qū)㈤g隙設(shè)定得寬，進(jìn)一步減小施加在模具上的表面壓力，其結(jié)果是，對于LME抑制和對模具的固著抑制更有利。
[0170]【符號的說明】
[0171]I球頭沖頭
[0172]2 沖模
[0173]3壓邊圈
[0174]4還體(鍍鋅鋼板)
【權(quán)利要求】
1.一種熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，其特征在于，所述方法使用如下的鍍鋅鋼板，并具有如下工序: 所述鋼板的母材的化學(xué)成分組成以質(zhì)量％計(jì)滿足 C:0.10%以上且0.35%以下、 Mn:1.0%以上且3.5%以下、 S1:0.1%以上且2.5%以下、和 Al:0.50%以下且不含0%，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)， 所述工序?yàn)? 將該鍍鋅鋼板加熱至Ac3相變點(diǎn)以上的加熱工序； 在所述加熱工序之后，至少進(jìn)行2次熱壓成形的熱壓成形工序， 且所述熱壓成形工序中的任意一次熱壓成形，都以滿足下式(I)的方式進(jìn)行， 【數(shù)I】 R ---- -γ > -Ja ' (T — b).* * (l) 其中，R是用于熱壓成形的模具的肩部的曲率半徑，單位是mm，t是鍍鋅鋼板的板厚，單位是mm，T是熱壓成形的成形開始溫度，單位是。C，a是常數(shù)0.2984，b是常數(shù)590。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，其中，用于所述熱壓成形的模具中，其肩部的曲率半徑，比該熱壓成形之前實(shí)施的熱壓成形中所使用的模具小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，其中，所述鍍鋅鋼板的母材中，所述Si量以質(zhì)量％計(jì)為0.5%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，其中，所述鍍鋅鋼板的母材中，還含有以質(zhì)量％計(jì)的B:0.005%以下且不含O %作為其他的元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，其中，所述鍍鋅鋼板的母材中，還含有以質(zhì)量％計(jì)的Ti和/或Nb:合計(jì)0.10%以下且不含0%作為其他的元素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，其中，所述鍍鋅鋼板的母材中，還含有以質(zhì)量％計(jì)的Ni和/或Cu:合計(jì)0.5%以下且不含0%作為其他的元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓成形鋼構(gòu)件的制造方法，其中，所述鍍鋅鋼板的母材中，還含有以質(zhì)量％計(jì)的Cr和/或Mo:合計(jì)3.5%以下且不含0%作為其他的元素。
8.一種熱壓成形鋼構(gòu)件，其由權(quán)利要求1所述的制造方法得到。
【文檔編號】B21D22/20GK104169018SQ201380015706
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】山野隆行, 神保規(guī)之, 淺井達(dá)也 申請人:株式會社神戶制鋼所