本發(fā)明涉及汽車等中使用的熱處理鋼材及其制造方法。
背景技術(shù)：
對于汽車用鋼板，要求燃料效率及耐碰撞特性的提高。因此，正在謀求汽車用鋼板的高強度化。但是，一般而言，由于伴隨著強度的提高而加壓成形性等延性降低，所以制造復雜的形狀的部件變得困難。例如，伴隨著延性的降低，加工度高的部位發(fā)生斷裂，或者回彈及壁翹曲變大從而尺寸精度劣化。因此，通過將高強度鋼板、特別是具有780MPa以上的抗拉強度的鋼板進行加壓成形來制造部件并不容易。
專利文獻1及2中記載了以在高強度鋼板中得到高的成形性為目的的被稱為熱沖壓成形法的成形方法。根據(jù)熱沖壓成形法，能夠?qū)⒏邚姸蠕摪逡愿叩木冗M行成形，通過熱沖壓成形法而得到的鋼材也具有高強度。此外，通過熱沖壓成形法而得到的鋼材的顯微組織大致為馬氏體單相，與通過將高強度的復相組織鋼板進行冷成形而得到的鋼材相比，局部變形能力及韌性優(yōu)異。
一般，汽車的碰撞時的抗壓強度大大地依賴于材料強度。因此，近年來，例如具有2.000GPa以上的抗拉強度的鋼材的需求提高，專利文獻3中記載了以得到具有2.0GPa以上的抗拉強度的鋼材為目的的方法。
根據(jù)專利文獻3中記載的方法，雖然能夠達成所期望的目的，但是無法得到充分的韌性及焊接性。通過專利文獻4～7中記載的鋼板等其他以往的技術(shù)，也無法在獲得優(yōu)異的韌性及焊接性的同時獲得2.000GPa以上的抗拉強度。
現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2002-102980號公報
專利文獻2：日本特開2012-180594號公報
專利文獻3：日本特開2012-1802號公報
專利文獻4：日本特表2011-505498號公報
專利文獻5：日本特開2006-152427號公報
專利文獻6：國際公開第2013/105631號
專利文獻7：日本特開2013-104081號公報
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明所要解決的問題
本發(fā)明的目的是提供能夠在得到優(yōu)異的韌性及焊接性的同時得到2.000GPa以上的抗拉強度的熱處理鋼材及其制造方法。
用于解決問題的手段
本發(fā)明人們?yōu)榱私鉀Q上述課題而進行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：詳細情況在后面敘述，但在熱處理鋼材包含適量的C、Si及Mn的情況下可以在得到優(yōu)異的韌性及焊接性的同時得到2.000GPa以上的強度。
C含量越高，則馬氏體中的位錯密度越高，原奧氏體粒內(nèi)的下部組織(板條、板條塊、板條束)越變得微細。由此認為，C的固溶強化以外的要因也大大有助于馬氏體的強度。在馬氏體中產(chǎn)生位錯的機制及下部組織變得微細的機制如下推測。由于在由奧氏體向馬氏體的相變中伴隨膨脹，所以伴隨著馬氏體相變而在周圍的未相變奧氏體中導入應(yīng)變(相變應(yīng)變)，為了緩和該相變應(yīng)變而剛相變后的馬氏體發(fā)生補足變形。此時，由于通過C而強化的奧氏體中的相變應(yīng)變大，所以為了降低相變應(yīng)變而生成微細的板條及板條塊，此外，導入許多的位錯且馬氏體發(fā)生補足變形。推測以這樣的機制，馬氏體中的位錯密度高，原奧氏體粒內(nèi)的下部組織變得微細。
基于上述的推測，本發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)：即使是鋼板含有與C同樣地在周圍的晶格中導入壓縮應(yīng)變的Mn的情況下，也伴隨著淬火而位錯密度增加，晶粒微細化，抗拉強度飛躍地增加。即，發(fā)現(xiàn)：當以馬氏體為主組織的熱處理鋼材含有規(guī)定量的Mn時，除了Mn的固溶強化以外，還享受由位錯強化及晶粒微細化強化帶來的間接強化，可得到所期望的抗拉強度。進而，通過本發(fā)明人們，弄清楚在以馬氏體為主組織的熱處理鋼材中，Mn具有包括上述間接強化在內(nèi)的100MPa/質(zhì)量％左右的強化能力。
以往，認為馬氏體的強度主要依賴于C的固溶強化能力，幾乎沒有合金元素的影響(例如，鐵鋼材料學：レスリー等、丸善(1985))，并不知道Mn對熱處理鋼材的強度的提高產(chǎn)生大的影響。
進而，本申請發(fā)明人們基于這些見解，想到以下所示的發(fā)明的各方式。
(1)一種熱處理鋼材，其特征在于，
其具有以下所示的化學組成：
以質(zhì)量％計
C：0.05％～0.30％、
Si：0.50％～5.00％、
Mn：2.0％～10.0％、
Cr：0.01％～1.00％、
Ti：0.010％～0.100％、
B：0.0020％～0.0100％、
P：0.050％以下、
S：0.0500％以下、
N：0.0100％以下、
Ni：0.0％～2.0％、
Cu：0.0％～1.0％、
Mo：0.0％～1.0％、
V：0.0％～1.0％、
Al：0.00％～1.00％、
Nb：0.00％～1.00％、
剩余部分：Fe及雜質(zhì)，
當將C含量(質(zhì)量％)表示為[C]，將Si含量(質(zhì)量％)表示為[Si]，將Mn含量(質(zhì)量％)表示為[Mn]時，(式1)成立，
具有由馬氏體：90體積％以上表示的顯微組織，
馬氏體中的位錯密度為1.2×1016m-2以上，
抗拉強度為2.000GPa以上。
4612×[C]+51×[Si]+102×[Mn]+605≥2000…(式1)
(2)根據(jù)(1)所述的熱處理鋼材，其特征在于，
在上述化學組成中，滿足：
Ni：0.1％～2.0％、
Cu：0.1％～1.0％、
Mo：0.1％～1.0％、
V：0.1％～1.0％、
Al：0.01％～1.00％、或
Nb：0.01％～1.00％、
或它們的任意的組合。
(3)一種熱處理鋼材的制造方法，其特征在于，其具有以下工序：
將鋼板以10℃/s以上的平均升溫速度加熱至Ac3點以上且(Ac3點+200℃)以下的溫度域的工序；
接著，將上述鋼板從上述溫度域以上部臨界冷卻速度以上的速度冷卻至Ms點的工序；
接著，將上述鋼板從Ms點以50℃/s以上的平均冷卻速度冷卻至100℃的工序，
上述鋼板具有以下所示的化學組成：
以質(zhì)量％計
C：0.05％～0.30％、
Si：0.50％～5.00％、
Mn：2.0％～10.0％、
Cr：0.01％～1.00％、
Ti：0.010％～0.100％、
B：0.0020％～0.0100％、
P：0.050％以下、
S：0.0500％以下、
N：0.0100％以下、
Ni：0.0％～2.0％、
Cu：0.0％～1.0％、
Mo：0.0％～1.0％、
V：0.0％～1.0％、
Al：0.00％～1.00％、
Nb：0.00％～1.00％、
剩余部分：Fe及雜質(zhì)，
當將C含量(質(zhì)量％)表示為[C]，將Si含量(質(zhì)量％)表示為[Si]，將Mn含量(質(zhì)量％)表示為[Mn]時，(式1)成立。
4612×[C]+51×[Si]+102×[Mn]+605≥2000…(式1)
(4)根據(jù)(3)所述的熱處理鋼材的制造方法，其特征在于，
在上述化學組成中，滿足：
Ni：0.1％～2.0％、
Cu：0.1％～1.0％、
Mo：0.1％～1.0％、
V：0.1％～1.0％、
Al：0.01％～1.00％、或
Nb：0.01％～1.00％、
或它們的任意的組合。
(5)根據(jù)(3)或(4)所述的熱處理鋼材的制造方法，其特征在于，其具有以下工序：
在將上述鋼板加熱至Ac3點以上且(Ac3點+200℃)以下的溫度域后至上述鋼板的溫度達到Ms點為止的期間進行成形的工序。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠在得到優(yōu)異的韌性及焊接性的同時得到2.000GPa以上的強度。
具體實施方式
以下，對本發(fā)明的實施方式進行說明。本發(fā)明的實施方式所述的熱處理鋼材詳細情況在后面敘述，但通過進行規(guī)定的熱處理用的鋼板的淬火來制造。因此，熱處理用的鋼板的淬火性及淬火的條件對熱處理鋼材產(chǎn)生影響。
首先，對本發(fā)明的實施方式所述的熱處理鋼材及用于其制造的熱處理用的鋼板的化學組成進行說明。在以下的說明中，熱處理鋼材及用于其制造的鋼板中包含的各元素的含量的單位即“％”只要沒有特別說明則是指“質(zhì)量％”。本實施方式所述的熱處理鋼材及用于其制造的鋼板具有以下所示的化學組成：C：0.05％～0.30％、Si：0.50％～5.00％、Mn：2.0％～10.0％、Cr：0.01％～1.00％、Ti：0.010％～0.100％、B：0.0020％～0.0100％、P：0.050％以下、S：0.0500％以下、N：0.0100％以下、Ni：0.0％～2.0％、Cu：0.0％～1.0％、Mo：0.0％～1.0％、V：0.0％～1.0％、Al：0.00％～1.00％、Nb：0.00％～1.00％、剩余部分：Fe及雜質(zhì)，當將C含量(質(zhì)量％)表示為[C]，將Si含量(質(zhì)量％)表示為[Si]，將Mn含量(質(zhì)量％)表示為[Mn]時，(式1)成立。作為雜質(zhì)，可例示出礦石或碎鐵等原材料中包含的物質(zhì)、制造工序中包含的物質(zhì)。
4612×[C]+51×[Si]+102×[Mn]+605≥2000…(式1)
(C：0.05％～0.30％)
C是提高熱處理用的鋼板的淬火性、使熱處理鋼材的強度提高的元素。C含量低于0.05％時，熱處理鋼材的強度不充分。因此，C含量設(shè)定為0.05％以上。C含量優(yōu)選為0.08％以上。另一方面，C含量超過0.30％時，熱處理鋼材的強度過于變高，韌性及焊接性的劣化變得顯著。因此，C含量設(shè)定為0.30％以下。C含量優(yōu)選為0.28％以下，更優(yōu)選為0.25％以下。
(Si：0.50％～5.00％)
Si是提高熱處理用的鋼板的淬火性、使熱處理鋼材的強度提高的元素。Si還具有通過固溶強化而提高熱處理鋼材的強度的作用。Si含量低于0.50％時，熱處理鋼材的強度不充分。因此，Si含量設(shè)定為0.50％以上。Si含量優(yōu)選為0.75％以上。另一方面，Si含量超過5.00％時，發(fā)生奧氏體相變的溫度顯著變高。該溫度越高，則用于淬火的加熱所需要的成本越是上升，或者變得越容易產(chǎn)生伴隨加熱不足的淬火不足。因此，Si含量設(shè)定為5.00％以下。Si含量優(yōu)選為4.00％以下。
(Mn：2.0％～10.0％)
Mn是提高熱處理用的鋼板的淬火性的元素。Mn除了固溶強化以外，而且通過在制造熱處理鋼材時的馬氏體相變時促進大量的位錯的導入，強化馬氏體。即，Mn具有促進位錯強化的作用。Mn介由位錯的導入而使馬氏體相變后的原奧氏體粒內(nèi)的下部組織變得微細，強化馬氏體。即，Mn還具有促進晶粒微細化強化的作用。因此，Mn是特別重要的元素。C含量為0.05％～0.30％的情況下，Mn含量低于2.0％時，無法充分得到由上述作用產(chǎn)生的效果，熱處理鋼材的強度不充分。因此，Mn含量設(shè)定為2.0％以上。Mn含量優(yōu)選為2.5％以上，更優(yōu)選為3.6％以上。另一方面，Mn含量超過10.0％時，熱處理鋼材的強度過于變高，韌性及耐氫脆性的劣化變得顯著。因此，Mn含量設(shè)定為10.0％以下。Mn含量優(yōu)選為9.0％以下。以馬氏體為主組織的熱處理鋼材中的Mn的強化能力約為100MPa/質(zhì)量％，其是以鐵素體為主組織的鋼材中的Mn的強化能力(約40MPa/質(zhì)量％)的2.5倍左右。
(Cr：0.01％～1.00％)
Cr是能夠提高熱處理用的鋼板的淬火性、穩(wěn)定地確保熱處理鋼材的強度的元素。Cr含量低于0.01％時，有時不能充分得到由上述作用產(chǎn)生的效果。因此，Cr含量設(shè)定為0.01％以上。Cr含量優(yōu)選為0.02％以上。另一方面，Cr含量超過1.00％時，Cr在熱處理用的鋼板中的碳化物中發(fā)生濃化，淬火性降低。這是由于伴隨著Cr的濃化，碳化物穩(wěn)定化，在用于淬火的加熱時碳化物的固溶延遲。因此，Cr含量設(shè)定為1.00％以下。Cr含量優(yōu)選為0.80％以下。
(Ti：0.010％～0.100％)
Ti具有使熱處理鋼材的韌性大大提高的作用。即，Ti在用于淬火的Ac3點以上的溫度下的熱處理時，抑制再結(jié)晶，進一步形成微細的碳化物而抑制奧氏體的晶粒生長。通過晶粒生長的抑制，得到細的奧氏體粒，韌性大大提高。Ti還具有通過與熱處理用的鋼板中的N優(yōu)先結(jié)合，而抑制通過BN的析出而B被消耗的作用。如后述的那樣，由于B具有提高淬火性的作用，所以通過抑制B的消耗，能夠可靠地得到由B帶來的淬火性的提高的效果。Ti含量低于0.010％時，有時不能充分得到由上述作用產(chǎn)生的效果。因此，Ti含量設(shè)定為0.010％以上。Ti含量優(yōu)選為0.015％以上。另一方面，Ti含量超過0.100％時，由于TiC的析出量增加而C被消耗，所以有時熱處理鋼材中得不到充分的強度。因此，Ti含量設(shè)定為0.100％以下。Ti含量優(yōu)選為0.080％以下。
(B：0.0020％～0.0100％)
B是具有顯著提高熱處理用的鋼板的淬火性的作用的非常重要的元素。B還具有通過在晶界中偏析而將晶界強化并提高韌性的作用。B還具有在熱處理用的鋼板的加熱時抑制奧氏體的晶粒生長而提高韌性的作用。B含量低于0.0020％時，有時不能充分得到由上述作用產(chǎn)生的效果。因此，B含量設(shè)定為0.0020％以上。B含量優(yōu)選為0.0025％以上。另一方面，B含量超過0.0100％時，析出許多粗大的化合物，熱處理鋼材的韌性劣化。因此，B含量設(shè)定為0.0100％以下。B含量優(yōu)選為0.0080％以下。
(P：0.050％以下)
P并非必須元素，例如在鋼中作為雜質(zhì)而含有。P會使熱處理鋼材的韌性劣化。因此，P含量越低越好。特別是P含量超過0.050％時，韌性的降低變得顯著。因此，P含量設(shè)定為0.050％以下。P含量優(yōu)選為0.005％以下。為了使P含量降低至低于0.001％需要相當大的成本，為了降低至低于0.001％有時需要更巨大的成本。因此，也可以不使P含量降低至低于0.001％。
(S：0.0500％以下)
S并非必須元素，例如在鋼中作為雜質(zhì)而含有。S會使熱處理鋼材的韌性劣化。因此，S含量越低越好。特別是S含量超過0.0500％時，韌性的降低變得顯著。因此，S含量設(shè)定為0.0500％以下。S含量優(yōu)選為0.0300％以下。為了使S含量降低至低于0.0002％需要相當大的成本，為了降低至低于0.0002％有時需要更巨大的成本。因此，也可以不使S含量降低至低于0.0002％。
(N：0.0100％以下)
N并非必須元素，例如在鋼中作為雜質(zhì)而含有。N有助于粗大的氮化物的形成，使熱處理鋼材的局部變形能力及韌性劣化。因此，N含量越低越好。特別是N含量超過0.0100％時，局部變形能力及韌性的降低變得顯著。因此，N含量設(shè)定為0.0100％以下。為了使N含量降低至低于0.0008％需要相當大的成本。因此，也可以不使N含量降低至低于0.0008％。為了使N含量降低至低于0.0002％，有時需要更巨大的成本。
Ni、Cu、Mo、V、Al及Nb并非必須元素，是也可以在熱處理用的鋼板及熱處理鋼材中限度地適當含有規(guī)定量的任選元素。
(Ni：0.0％～2.0％、Cu：0.0％～1.0％、Mo：0.0％～1.0％、V：0.0％～1.0％、Al：0.00％～1.00％、Nb：0.00％～1.00％)
Ni、Cu、Mo、V、Al及Nb是能夠提高熱處理用的鋼板的淬火性、穩(wěn)定地確保熱處理鋼材的強度的元素。因此，也可以含有選自由這些元素組成的組中的1種或任意的組合。但是，Ni含量超過2.0％時，由上述作用產(chǎn)生的效果飽和，只是徒然成本上升。因此，Ni含量設(shè)定為2.0％以下。Cu含量超過1.0％時，由上述作用產(chǎn)生的效果飽和，只是徒然成本上升。因此，Cu含量設(shè)定為1.0％以下。Mo含量超過1.0％時，由上述作用產(chǎn)生的效果飽和，只是徒然成本上升。因此，Mo含量設(shè)定為1.0％以下。V含量超過1.0％時，由上述作用產(chǎn)生的效果飽和，只是徒然成本上升。因此，V含量設(shè)定為1.0％以下。Al含量超過1.00％時，由上述作用產(chǎn)生的效果飽和，只是徒然成本上升。因此，Al含量設(shè)定為1.00％以下。Nb含量超過1.00％時，由上述作用產(chǎn)生的效果飽和，只是徒然成本上升。因此，Nb含量設(shè)定為1.00％以下。為了可靠地獲得由上述作用產(chǎn)生的效果，Ni含量、Cu含量、Mo含量及V含量均優(yōu)選為0.1％以上，Al含量及Nb含量均優(yōu)選為0.01％以上。即，優(yōu)選滿足“Ni：0.1％～2.0％”、“Cu：0.1％～1.0％”、“Mo：0.1％～1.0％”、“V：0.1％～1.0％”、“Al：0.01％～1.00％”、或“Nb：0.01％～1.00％”、或它們的任意的組合。
如上述的那樣，C、Si及Mn主要通過提高馬氏體的強度而提高熱處理鋼材的強度。然而，當將C含量(質(zhì)量％)表示為[C]，將Si含量(質(zhì)量％)表示為[Si]，將Mn含量(質(zhì)量％)表示為[Mn]時，在不滿足(式1)的情況下，得不到2.000GPa以上的抗拉強度。因此，必須滿足(式1)。
4612×[C]+51×[Si]+102×[Mn]+605≥2000…(式1)
接著，對本實施方式所述的熱處理鋼材的顯微組織進行說明。本實施方式所述的熱處理鋼材具有由馬氏體：90體積％以上表示的顯微組織。顯微組織的剩余部分例如為殘留奧氏體。顯微組織由馬氏體及殘留奧氏體構(gòu)成時，馬氏體的體積率(體積％)可以通過X射線衍射法以高精度進行測定。即，可以檢測基于馬氏體及殘留奧氏體的衍射X射線，由該衍射曲線的面積比測定體積率。在顯微組織中包含鐵素體等其他相時，例如通過顯微鏡觀察測定該其他相的面積率(面積％)。熱處理鋼材的組織由于為各向同性，所以以某一截面得到的相的面積率的值視為與該熱處理鋼材中的體積率等價。因此，可以將通過顯微鏡觀察測定的面積率的值視為體積率(體積％)。
接著，對本實施方式所述的熱處理鋼材中的馬氏體中的位錯密度進行說明。馬氏體中的位錯密度有助于抗拉強度的提高。馬氏體中的位錯密度低于1.2×1016m-2時，得不到2.000GPa以上的抗拉強度。因此，馬氏體中的位錯密度設(shè)定為1.2×1016m-2以上。
位錯密度例如可以通過基于Williamson-Hall法的評價法而算出。Williamson-Hall法例如記載于“G.K.Williamson and W.H.Hall：Acta Metallurgica，1(1953)，22”及“G.K.Williamson and R.E.Smallman：Philosophical Magazine，8(1956)，34”等中。具體而言，進行體心立方晶體結(jié)構(gòu)的{200}面、{211}面及{220}面的各衍射光譜的峰擬合，由各峰位置(θ)及半值寬度(β)將β×cosθ/λ繪制成橫軸，將sinθ/λ繪制成縱軸。由該曲線得到的斜率與局部應(yīng)變ε對應(yīng)，由Williamson、Smallman等提出的下述的(式2)，求出位錯密度ρ(m-2)。其中，b表示巴爾格矢量的大小(nm)。
ρ＝14.4×ε2/b2…(式2)
進而，本實施方式所述的熱處理鋼材具有2.000GPa以上的抗拉強度。抗拉強度例如可以依據(jù)ASTM規(guī)格E8的規(guī)定來進行。這種情況下，在試驗片的制作中，將均熱部位磨削至厚度達到1.2mm為止，按照拉伸方向變得與軋制方向平行的方式，加工成ASTM規(guī)格E8的小型(half size)板狀試驗片。該小型板狀試驗片的平行部的長度為32mm，平行部的寬度為6.25mm。然后，在各試驗片上貼附應(yīng)變儀，以3mm/min的應(yīng)變速度進行室溫拉伸試驗。
接著，對熱處理鋼材的制造方法、即將熱處理用的鋼板進行處理的方法進行說明。在熱處理用的鋼板的處理中，將熱處理用的鋼板以10℃/s以上的平均升溫速度加熱至Ac3點以上且(Ac3點+200℃)以下的溫度域，之后，將該鋼板從該溫度域以上部臨界冷卻速度以上的速度冷卻至Ms點，之后，將該鋼板從Ms點以50℃/s以上的平均冷卻速度冷卻至100℃。
若將熱處理用的鋼板加熱至Ac3點以上的溫度域，則組織變成奧氏體單相。此時的平均升溫速度低于10℃/s時，有可能奧氏體粒過度地粗大化，或者通過恢復而位錯密度降低，從而熱處理鋼材的強度及韌性劣化。因此，平均升溫速度設(shè)定為10℃/s以上。該平均升溫速度優(yōu)選為20℃/s以上，更優(yōu)選為50℃/s以上。加熱的到達溫度超過(Ac3點+200℃)時，有可能奧氏體粒過度地粗大化，或者位錯密度降低，從而熱處理鋼材的強度及韌性劣化。因此，到達溫度設(shè)定為(Ac3點+200℃)以下。
上述的一連串的加熱及冷卻例如可以通過同時進行熱處理及熱成形的熱沖壓成形法來實施，也可以通過高頻加熱淬火來實施。關(guān)于將鋼板在Ac3點以上(Ac3點+200℃)以下的溫度域中保持的時間，從通過推進奧氏體相變并使碳化物溶解而提高鋼的淬火性的觀點出發(fā)，優(yōu)選設(shè)定為30s以上。該保持時間從生產(chǎn)率的觀點出發(fā)，優(yōu)選設(shè)定為600s以下。
在上述加熱之后，若將該鋼板從該溫度域以上部臨界冷卻速度以上的速度冷卻至Ms點，則不會產(chǎn)生擴散相變而維持奧氏體單相的組織。該冷卻速度低于上部臨界冷卻速度時，變得容易產(chǎn)生擴散相變而生成鐵素體，變得得不到馬氏體的體積率為90體積％以上的顯微組織。因此，至Ms點為止的冷卻速度設(shè)定為上部臨界冷卻速度以上。
至Ms點為止的冷卻之后，若將該鋼板從Ms點以50℃/s以上的平均冷卻速度冷卻至100℃，則產(chǎn)生由奧氏體向馬氏體的相變，得到馬氏體的體積率為90體積％以上的顯微組織。如上述的那樣，由于在由奧氏體向馬氏體的相變中伴隨膨脹，所以伴隨著馬氏體相變而在周圍的未相變奧氏體中導入應(yīng)變(相變應(yīng)變)，為了緩和該相變應(yīng)變而剛相變后的馬氏體發(fā)生補足變形。具體而言，馬氏體導入位錯，同時發(fā)生滑動變形。其結(jié)果是，馬氏體變得包含高密度的位錯。本實施方式中，由于包含適量的C、Si及Mn，所以在馬氏體中以非常高密度生成位錯，位錯密度達到1.2×1016m-2以上。從Ms點至100℃為止的平均冷卻速度低于50℃/s時，變得容易產(chǎn)生伴隨自動回火(auto tempering)的位錯的恢復，位錯密度不足而變得得不到充分的抗拉強度。因此，該平均冷卻速度設(shè)定為50℃/s以上。該平均冷卻速度優(yōu)選為100℃/s以上，更優(yōu)選為500℃/s以上。
這樣操作，能夠制造具備優(yōu)異的韌性及焊接性以及2.000GPa以上的抗拉強度的本實施方式所述的熱處理鋼材。熱處理鋼材中的原奧氏體粒的平均粒徑變成10μm～20μm左右。
從低于100℃至室溫為止的冷卻速度優(yōu)選為空冷以上的速度。像慢冷卻那樣以低于空冷的慢的速度進行冷卻時，有可能因自動回火的影響而抗拉強度降低。
在上述的一連串的加熱及冷卻時，也可以進行上述的熱沖壓成形等熱成形。即，在從加熱至Ac3點以上且(Ac3點+200℃)以下的溫度域到溫度達到Ms點為止的期間，也可以將熱處理用的鋼板以模具進行成形。作為熱成形，可列舉出彎曲加工、拉深成形、鼓凸成形、擴孔成形、凸緣成形等。它們屬于加壓成形，但只要是能夠與熱成形同時進行、或在熱成形之后立即將鋼板冷卻，則也可以進行輥成形等除加壓成形以外的熱成形。
熱處理用的鋼板可以是熱軋鋼板，也可以是冷軋鋼板。也可以使用對熱軋鋼板或冷軋鋼板實施退火而得到的退火熱軋鋼板或退火冷軋鋼板作為熱處理用的鋼板。
熱處理用的鋼板也可以是鍍覆鋼板等表面處理鋼板。即，也可以在熱處理用的鋼板上設(shè)置有鍍層。鍍層例如有助于耐蝕性的提高等。鍍層可以是電鍍層，也可以是熱浸鍍層。作為電鍍層，可例示出電鍍鋅層、電鍍Zn-Ni合金層等。作為熱浸鍍層，可例示出熱浸鍍鋅層、合金化熱浸鍍鋅層、熱浸鍍鋁層、熱浸鍍Zn-Al合金層、熱浸鍍Zn-Al-Mg合金層、熱浸鍍Zn-Al-Mg-Si合金層等。鍍層的附著量沒有特別限制，例如設(shè)定為一般范圍內(nèi)的附著量。與熱處理用的鋼板同樣地，也可以在熱處理鋼材上設(shè)置有鍍層。
另外，上述實施方式均不過是表示實施本發(fā)明時的具體化的例子，本發(fā)明的技術(shù)范圍并不受它們的限定性解釋。即，本發(fā)明只要不脫離其技術(shù)思想、或其主要特征，可以以各種形式實施。
實施例
接著，對本申請發(fā)明人們所進行的試驗進行說明。
在該試驗中，經(jīng)由具有表1中所示的化學組成的板坯的熱軋及冷軋，制造了厚度為1.4mm的冷軋鋼板作為熱處理用鋼板。表1中的空欄表示該元素的含量低于檢測限，剩余部分為Fe及雜質(zhì)。表1中的下劃線表示該數(shù)值從本發(fā)明的范圍脫離。
然后，由各冷軋鋼板制作厚度為1.4mm、寬度為30mm、長度為200mm的試樣，在表2中所示的條件下進行試樣的加熱及冷卻。該加熱及冷卻模擬了熱成形中的熱處理。該試驗中的加熱通過通電加熱來進行。在冷卻之后，由試樣切取均熱部位，將該均熱部位供于拉伸試驗及X射線衍射試驗。
拉伸試驗依據(jù)ASTM規(guī)格E8的規(guī)定來進行。拉伸試驗中，使用了Instron公司制的拉伸試驗機。在試驗片的制作中，將均熱部位磨削至厚度達到1.2mm為止，按照拉伸方向變得與軋制方向平行的方式，加工成ASTM規(guī)格E8的小型板狀試驗片。該小型板狀試驗片的平行部的長度為32mm，平行部的寬度為6.25mm。然后，在各試驗片上貼附應(yīng)變儀，以3mm/min的應(yīng)變速度進行室溫拉伸試驗。作為應(yīng)變儀，使用了共和電業(yè)社制的KFG-5(應(yīng)變片長度：5mm)。
在X射線衍射試驗中，使用氫氟酸及雙氧水，將從均熱部位的表面至0.1mm的深度為止的部分進行化學研磨，制作了厚度為1.1mm的X射線衍射試驗用的試驗片。然后，使用Co管球，以2θ在45°至130°的范圍內(nèi)取得試驗片的X射線衍射光譜，由該X射線衍射光譜求出位錯密度。此外，加上衍射X射線的檢測結(jié)果及根據(jù)需要的光學顯微鏡觀察的結(jié)果還求出馬氏體的體積率。
位錯密度通過上述的基于Williamson-Hall法的評價法而算出。在該試驗中，具體而言，進行體心立方晶體結(jié)構(gòu)的{200}面、{211}面及{220}面的各衍射光譜的峰擬合，由各峰位置(θ)及半值寬度(β)將β×cosθ/λ繪制成橫軸，將sinθ/λ繪制縱軸。進而，由(式2)求出位錯密度ρ(m-2)。
將它們的結(jié)果示于表2中。表2中的下劃線表示該數(shù)值從本發(fā)明的范圍脫離。
表2
如表2中所示的那樣，在試樣No.1～No.6、No.10～No.13及No.16～No.20中，由于化學組成在本發(fā)明的范圍內(nèi)，制造條件也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所以在熱處理鋼材中，得到所期望的顯微組織及位錯密度。進而，由于化學組成、顯微組織及位錯密度在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所以得到2.000GPa以上的抗拉強度。
在試樣No.7～No.9、No.14、No.15及No.21～No.22中，雖然化學組成在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但由于制造條件脫離本發(fā)明的范圍，所以無法得到所期望的位錯密度。進而，由于位錯密度脫離本發(fā)明的范圍，所以抗拉強度低至低于2.000GPa。
在試樣No.23及No.24中，由于Mn含量脫離本發(fā)明的范圍，所以即使制造條件在本發(fā)明的范圍內(nèi)，位錯密度也低于1.2×1016m-2，抗拉強度低至低于2.000GPa。
在試樣No.25中，由于C含量脫離本發(fā)明的范圍，所以即使制造條件在本發(fā)明的范圍內(nèi)，位錯密度也低于1.2×1016m-2，抗拉強度低至低于2.000GPa。
在試樣No.26中，由于不滿足(式1)，所以即使制造條件在本發(fā)明的范圍內(nèi)，位錯密度也低于1.2×1016m-2，抗拉強度低至低于2.000GPa。
由這些結(jié)果獲知，根據(jù)本發(fā)明，可得到高強度的熱處理鋼材。此外，根據(jù)本發(fā)明，由于為了得到高強度并不需要韌性及焊接性劣化程度的C，所以還能夠確保優(yōu)異的韌性及焊接性。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明例如可以利用于汽車中使用的熱處理部件等制造產(chǎn)業(yè)及利用產(chǎn)業(yè)。本發(fā)明還可以利用于其他機械結(jié)構(gòu)部件的制造產(chǎn)業(yè)及利用產(chǎn)業(yè)等。