(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．２０〜０．７０質量％、Ｓｉ：０．５０〜３．００質量％、Ｍｎ：０．１０〜３．００質量％、Ｐ：０．０３０質量％以下（０％を含む）、Ｓ：０．０３０質量％以下（０％を含む）、Ｎ：０．０２００質量％以下（０％を含む）、残部Fe及び不可避的不純物からなり、炭化物が円相当径で１．００μｍ以下であることを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管。
【請求項２】
さらに、Ｃｒ：３．００質量％以下（０％を含まない、以下同じ）、Ｂ：０．０１５０質量％以下、Ａｌ：０．１００質量以下、Ｖ：１．０００質量％以下、Ｔｉ：０．３００質量％以下、Ｎｂ：：０．３００質量％以下、Ｎｉ：３．００質量％以下、Ｃｕ：３．００質量％以下、Ｍｏ：２．００質量％以下、Ｃａ：０．００５０質量％以下、Ｍｇ：０．００５０質量％以下、ＲＥＭ：０．０２００質量％以下、Ｚｒ：０．１００質量％以下、Ｔａ：０．１００質量％以下、Ｈｆ：０．１００質量％以下から選ばれる１種以上を含有する請求項１に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度の中空ばね用シームレス鋼管に関し、特に自動車に使用される中空形状の懸架ばねなどの製造に適した高品質のシームレス鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にコイルばねは中実の素線を巻回して形成されたものであるが、これを軽量化すべく、中空の素線すなわち管状のものを用いる発想は特許文献１などにすでに提案されているように古くから知られてはいるが、その製造が困難であることと過去の市場ニーズもさほど強くなかったことも相俟って実用化に至る状況になかった。
【０００３】
一方、近年は自動車を中心とする各種車両の軽量化に対するニーズが一段と高まりつつあり、排ガス規制を受けるガソリン車に限らず、今後有望視される電気自動車においても消費エネルギーの削減の観点から車体全体の軽量化は将来に亘って必要不可欠なテーマとして位置付けられ、これに伴ってサスペンションの主要部品である懸架ばねを中空化する技術ついても改めて注目され、その実用化に向けての本格的な開発が推進されている現状にある。
【０００４】
ところで、この中空懸架ばねは直径１６ｍｍ前後の小径の鋼管（単にパイプということがある）を素材として熱間あるいは冷間でばね成形を行い、次いで焼入れ、焼き戻しなどの熱処理を施し、最終的にセッチング、ショットピーニングなどを行って製品となすが、素材となる鋼管が懸架ばねの特性を大きく左右するため、この素材鋼管の品質を維持、向上させることが重要となる。
【０００５】
この中空ばね用素材鋼管として当初製造コストの面から電縫管（溶接管）が検討されたが、ばね用鋼材（ＪＩＳ  Ｇ４８０１）は一般に０．５％以上のＣを含有する高Ｃ鋼で、またＳｉやＭｎなどの合金元素を含むため、造管、溶接工程を必須とするその製造に適さないことが判明し、シームレス鋼管の適用が検討されるに至った。
【０００６】
シームレス鋼管の製法については、特殊な穿孔工程（マンネスマン穿孔）を必要とするマンネスマン法と呼ばれる熱間圧延法あるいは、このような穿孔工程を必要としない熱間押出し法などにより、ビレットの熱間加工行い、さらに冷間加工行って製品サイズの鋼管を得るのが一般的であるが、前者のマンネスマン法の採用を前提とした技術として特許文献２に記載のものが提案されている。この技術はマンネスマン穿孔前の加熱温度条件並びに中間熱処理条件を規定することで一定の品質を確保しながら加工性を改善するものであるが、生産性が悪い上に上記穿孔が可能な素材を前提とするため強度の高い鋼管を製造することが困難であり、さらに鋼管の内周面に表面傷が発生するなどの問題があった。
【０００７】
この問題を解消するため、後者の熱間押出し法を用いる技術が特許文献３及び４に提案されている。両文献に開示される技術はいずれも熱間押出し法として静水圧押出しを採用するものである。
【０００８】
しかしながら、これらの従来技術において得られるシームレス鋼管を素材とした中空ばねの強度のレベルはせいぜい１１００ＭＰａ級にとどまるものであり、一層の軽量化のためにはさらに高い強度を有した耐久性に優れた中空ばね用のシームレス鋼管の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭５８−１３７６６６号公報
【特許文献２】特許第２５１２９８４号公報
【特許文献３】特開２００７−１２５５８８号公報
【特許文献４】特開２００７−１２７２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたものであり、高強度で耐久性に優れた中空ばねを製造することが可能な高品質のシームレス鋼管を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するための手段として、以下の内容を要旨とする高強度中空ばね用シームレス鋼管をここに提案する。
（１）Ｃ：０．２〜０．７質量％、Ｓｉ：０．５〜３．０質量％、Ｍｎ：０．１〜３．０質量％、Ｐ：０．０３質量％以下（０％を含む）、Ｓ：０．０３質量％以下（０％を含む）、Ｎ：０．０３質量％以下（０％を含む）、残部Fe及び不可避的不純物からなり、炭化物が円相当径で１．００μｍ以下であることを特徴とする高強度中空ばね用シームレス鋼管。
（２）さらに、Ｃｒ：３．０質量％以下（０％を含まない、以下同じ）、Ｍｏ：２．０質量％以下、Ｂ：０．０１５質量％以下、Ａｌ：０．１質量以下、Ｖ：１．０質量％以下、Ｔｉ：０．３質量％以下、Ｎｂ：：０．３質量％以下、Ｎｉ：３．０質量％以下、Ｃｕ：３．０質量％以下、Ｃａ：０．００５質量％以下、Ｍｇ：０．００５質量％以下、ＲＥＭ：０．０２質量％以下、Ｚｒ：０．１質量％以下、Ｔａ：０．１質量％以下、Ｈｆ：０．１質量％以下から選ばれる１種以上を含有する上記（１）に記載の高強度中空ばね用シームレス鋼管。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、１１５０ＭＰａ級以上の高強度で耐久性に優れた中空ばねを製造することが可能な高品質のシームレス鋼管を提供することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、懸架ばねなどのサスペンション部品の中空化を推進することができ、自動車など車両の更なる軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは前記背景技術で述べた特許文献３及び４に開示された技術によっても得られるシームレス鋼管の強度向上に限界があることに着目し、この問題について鋭意研究を行った結果、これら従来技術における高強度化の阻害要因が鋼管の金属組織に存在する粗大炭化物であることを究明した。
【００１５】
すなわち、特許文献３及び４の従来技術ではシームレス鋼管の製造過程においてその加工性を確保するため、６５０〜７５０℃で素材を加熱して軟化させる熱処理（特許文献３の公報[００６０]、[００６３]及び特許文献４の公報[００３１]、[００３９]に記載の加熱工程（Ｄ）、（Ｈ）参照）、いわゆる球状化焼鈍を繰り返し実施している。このため製造された鋼管は粗大化した炭化物を含む組織となる。そして、この鋼管を素材とした中空ばねの製造工程において焼き入れ処理が行われるが、上記粗大化した炭化物は完全に固溶しきれずに未固溶のまま残存し、この炭化物がばねの硬度を低下させ、前記のように高強度化を阻害していることが明らかとなったのである。
【００１６】
特に、近年、ばね鋼材の焼き入れ処理に当たっては、加熱時の脱炭防止、旧オーステナイト粒径の微細化によるばね特性の向上の観点から高周波加熱などの急速加熱を採用し、加熱時間を短縮化する傾向にあることから、このような焼き入れ処理の条件下では鋼中の未固溶の粗大炭化物の残存が顕著に現れることになる。
【００１７】
また、特許文献３及び４の従来技術でも、焼き入れ処理の条件における熱温度を高温として炭化物を完全に固溶させることが可能だが、そのような場合には、オーステナイト粒径が粗大化してしまい、ばねの疲労特性が劣化する問題が生じ好ましくない。
【００１８】
上記知見をもとに、シームレス鋼管の鋼中における炭化物の固溶とオーステナイト粒径の粗大化抑制を可能にする適正な条件についてさらに研究、実験を進めたところ、鋼管の金属組織中の炭化物のサイズを一定値以下にコントロールすることにより、前記課題である高強度で耐久性に優れた中空ばねが製造できるシームレス鋼管が提供できることを確認し、前記解決手段において示した本発明を完成するに至った。
【００１９】
以下、本発明の内容につき、本発明シームレス鋼管の金属組織、成分及び実施例の順に詳述する。
〔１〕本鋼管の金属組織
（１）炭化物のサイズが円相当で１．００μｍ以下
本発明においてはシームレス鋼管の金属組織中に存在するセメンタイト（Ｆｅ３Ｃ）などの金属元素の炭化物（Ｍ３Ｃ、Ｍ７Ｃ３、Ｍ２３Ｃ６など）のサイズが円相当で１．００μｍ以下であることが大きな特徴である。なお、ここでいう金属元素の炭化物とは、上記セメンタイトをはじめ、たとえばＭｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｈｆなどの炭化物およびこれらの複合炭化物、さらに前記炭化物や複合炭化物の一部にＦｅを含有する炭化物などを意味する。このように、組織中の炭化物のサイズを１．００μｍ以下することで、中空ばねの製造の際の焼入れ処理において炭化物をすばやく完全に固溶させ、且つオーステナイト粒径の粗大化も抑制され、２０μｍ以下に小さく維持することができ、その結果、１１５０ＭＰａ級以上の高強度で耐久性に優れた中空ばねを製造することが可能となる。
【００２０】
この炭化物のサイズは１．００μｍ以下であれば良いが、微細であればあるほど焼入れ処理の加熱時にたやすく固溶するため、オーステナイト粒径を一層微細化することができばねの大気疲労特性すなわち耐久性の向上に有利である。従って、炭化物のサイズは好ましくは０.８０μｍ以下、更に好ましくは０.６０μｍ以下、一層好ましくは０.４０μｍ以下とする。
（２）本鋼管の金属組織を得る製造方法
この本発明の金属組織における炭化物のサイズを１．００μｍ以下に微小化する方法としては、本発明が規定する鋼成分を有するシームレス鋼管の製造方法において、基本的には最終焼鈍工程での加熱温度すなわち焼鈍温度を７５０℃超にすればよい。通常、シームレス鋼管の製造にあっては加工性の改善のため鋼中の炭化物を球状化する球状化焼鈍を複数回実施するが、本発明ではこの焼鈍のうち最後の焼鈍工程において従来の球状化焼鈍に代えて、その焼鈍温度７５０℃超として炭化物を溶解させる高温焼鈍を採用するものである。勿論、複数の焼鈍工程が存在する場合に上記最終焼鈍工程のみならず残りの焼鈍工程の一部または全てにおいてその加熱温度を７５０℃超の高温として行うことも構わないものである。
【００２１】
従来技術では前記の如く、熱処理温度を６５０〜７５０℃とし、７５０℃超にしても焼鈍効果が飽和し経済的に好ましくないとしている。しかしながら、本発明が対象とする鋼材成分において７５０℃以下の温度域では、焼鈍中に炭化物は溶解せず、粗大なままである。そこで、本発明では７５０℃以下に加熱する従来技術とは異なる高温焼鈍の採用により焼鈍中に炭化物を完全に溶解させ、粗大炭化物を消滅させるものである。また、この高温焼鈍によって鋼材を軟化させることができ加工性の改善も同時に達成できることは言うまでもない。そして、その後の冷却において、固溶した炭化物は再析出するが、再析出炭化物は、１．００μｍ以下の微細なサイズとなり、このようにして本発明の金属組織を有するシームレス鋼管が得られる。
【００２２】
最終焼鈍温度が７５０℃超であれば炭化物は完全に固溶し、本発明の目的とするシームレス鋼管を得ることができるが、最終焼鈍時間が長くなりすぎると焼鈍中に脱炭など表面性状が劣化するため、焼鈍時間は短い方が好ましい。焼鈍時間の短時間化には加熱温度上昇が有効であり、加熱温度が高ければ炭化物の固溶は短時間で完了する。この観点から、最終焼鈍温度は８００℃以上とすることが好ましく、より好ましくは８５０℃以上、更に好ましくは９００℃以上、一層好ましくは９２５℃以上とする。但し、１０００℃を超える高温の焼鈍では冷却過程でベイナイトやマルテンサイトなどの脆い硬質組織が生成するため、焼鈍温度は１０００℃以下とすることがよい。
【００２３】
また、この最終焼鈍における冷却は空冷とし、その冷却速度は０．５〜１０℃／ｓｅｃとすることが望ましい。
【００２４】
本発明の特徴とする金属組織を得るための具体的な方法は上記の通りであるが、本シームレス鋼管を製造する全体の方法については原則的には特許文献３に開示の方法による。ただし、熱間加工や冷間加工の方式やその条件は本発明の特徴とするところでないので、従来から知られる加工法も採用でき、たとえば熱間加工であれば、特許文献３、４で提案される熱間静水圧押出し法を採用しても良く、また圧延法などによっても良い。その加工条件も任意の方法が採用できる。
【００２５】
本シームレス鋼管を製造するに際して推奨される方法の概要を説明すると、先ず、本発明に規定する高強度ばね用鋼の成分範囲に調整された分塊圧延ビレットを例えば  外径が１４３ｍｍ、肉厚が５２ｍｍの鋼管ビレットに成形する。
【００２６】
成形された円筒状ビレットを１０５０〜１３００℃に加熱した後、熱間押出装置により熱間加工を施し、鋼管第一中間体とする。次にこの第一中間体を６５０〜７５０℃に加熱して第一の中間焼鈍を行う。この中間焼鈍を経た第一中間体をピルガーミル圧延機あるいは抽伸機により第一の冷間加工を行なって鋼管第二中間体とする。次に、この鋼管第二中間体を第一中間体のときと同様に６５０〜７５０℃に加熱して第二の中間焼鈍を行う。次いで、第二の中間焼鈍を経た鋼管第二中間体をピルガーミル圧延機あるいは抽伸機により第二の冷間加工を行なって鋼管第三中間体とする。そして、この鋼管第三中間体を７５０℃超〜１０００℃の高温に加熱し最終焼鈍を行う。このようにして得られた鋼管を矯正、酸洗などの精製を行って最終的に例えばその外径が１６ｍｍ、肉厚が４ｍｍの製品（シームレス鋼管）とする。なお、上記熱間加工後の中間焼鈍は省略することもできるし、また、先の各焼鈍工程における本発明の高温焼鈍の適用に関しての説明のように、最終焼鈍以外の中間焼鈍工程においても必要に応じて７５０℃超えの高温焼鈍を採用しても良い。
【００２７】
〔２〕本鋼管の成分
本発明にかかる鋼管の成分については前記解決手段（１）及び（２）に記載の通りであり、解決手段（２）記載の元素は解決手段（１）に記載の元素にさらに選択的に添加して高強度ばねの特性を更に向上させるためのものである。これら各成分の規定理由などについて説明する。なお、％はいずれ質量％を意味する。
【００２８】
（１）Ｃ：０．２０〜０．７０％
Ｃは鋼材の強度への影響が大きい。高強度ばねに適用するには０．２０％以上の添加が必要である。一方で、Ｃを増量すると、焼入れ時に脆いレンズマルテンサイトが生成し、ばね疲労特性が劣化する。そのため０．７０％以下にする必要がある。
【００２９】
また、このＣ量の下限については、より好ましくは０．３０％以上、更に好ましくは０．３５％以上、一層好ましくは０．４０％以上であり、その下限については、より好ましくは０．６５％以下、更に好ましくは０．６０％以下、一層好ましくは０．５５％以下である。
【００３０】
（２）Ｓｉ：０．５０〜３．００％
Ｓｉは５００℃以下での焼戻し軟化抵抗が大きいことが知られている。比較的低温で焼戻し処理を行うばねの強度確保に必要な元素であり０．５０％以上の添加が必要である。一方で、Ｓｉ増量は焼戻し時のセメンタイト析出を抑制し、残留γを増加させるが、残留  γの増加によりばね特性が劣化するため３．００％以下とする必要がある。
また、このＳｉ量の下限については、より好ましくは１．００％以上、更に好ましくは１．４０％以上、一層好ましくは１．７０％以上であり、その下限については、より好ましくは２．８０％以下、更に好ましくは２．６０％以下、一層好ましくは２．４０％以下である。
【００３１】
（３）Ｍｎ：０．１０〜３．００％
Ｍｎは有害元素ＳをＭｎＳとして固定して靭性劣化を抑制する。そのためには０．１０％以上の添加が必要になる。一方、Ｍｎはセメンタイトに固溶し安定化させるが、Ｍｎ増量によってセメンタイト中のＭｎ比が高くなると、加熱時にセメンタイトが溶解しにくくなる。よって、３．００％以下とすることが必要である。
【００３２】
また、このＭｎ量の下限については、より好ましくは０．１５％以上、更に好ましくは０．２０％以上、一層好ましくは０．３０％以上であり、その上限についてはより好ましくは２．５０％以下、更に好ましくは２．００％以下、一層好ましくは１．５０％以下である。
【００３３】
（４）Ｐ：０．０３％以下（０％を含む）
Ｐは粒界偏析して靭性を劣化させるため低いほど良い。高強度ばねとしての特性を確保するためには０．０３％以下とする必要がある。
【００３４】
また、このＰ量の下限については、より好ましくは０．０２０％以下、更に好ましくは０．０１５％以下、一層好ましくは０．０１０％以下である。
（５）Ｓ：０．０３０％以下（０％を含む）
Ｓは粒界脆化や粗大硫化物形成により靭性劣化させるため低いほど良い。高強度ばねとしての特性を確保するためには０．０３０％以下に制御する必要がある。
【００３５】
また、このＳ量の上限については、より好ましくは０．０２０％以下、更に好ましくは０．０１５％以下、一層好ましくは０．０１０％以下である。
（６）Ｎ：０．０２００％以下（０％を含む）
ＮはＡｌやＴｉなどと窒化物を形成し、組織微細化して靭性向上に寄与するが、固溶状態で存在すると靭性を劣化させる。そのため本発明では、Ｎ量０．０２００％とする必要がある。
【００３６】
また、このＮ量の上限については、より好ましくは０．０１５０％以下、更に好ましくは０．０１００％以下、一層好ましくは０．００５０％以下である。
（７）Ｃｒ：３．００％以下（０％を含まない）
Ｃｒは焼戻し後の強度確保や耐食性向上に有効であり、ばねの高強度化に有利な元素である。この効果を発揮させるには０．２０％以上の添加が好ましい。一方、Ｃｒはセメンタイトに固溶し安定化させるが、Ｃｒ増量によってセメンタイト中のＣｒ比が高くなると、加熱時にセメンタイトが溶解しにくくなるため３％以下とする必要がある。
【００３７】
また、このＣｒ量の下限については、より好ましくは０．４０％以上、更に好ましくは０．６０％以上、一層好ましくは０．８０％以上であり、その上限については、より好ましくは２．５０％以下、更に好ましくは２．００％以下、一層好ましくは１．５０％以下である。  
（８）Ｂ：０．０１５０％以下（０％を含まない）
ＢはＰの粒界偏析を軽減し、靭性劣化を抑制する効果がある。この効果を発現させるには０．００１０％以上添加すればよい。一方、過剰添加すると粗大な炭硼化物を生成し、強度低下、靭性劣化を招くので、０．０１５０％以下とする必要がある。
【００３８】
また、このＢ量の上限については、より好ましくは０．００１５％以上、更に好ましくは０．００２０％以上、一層好ましくは０．００２５％以上であり、その下限については、より好ましくは０．０１２０％以下、更に好ましくは０．０１００％以下、一層好ましくは０．００７０％以下である。
（９）Ａｌ：０．１００％以下（０％を含まない）
ＡｌはＮをＡｌＮとして固定し、固溶Nによる靭性劣化を抑制する上、組織微細化して靭性向上に寄与する。この効果を発揮させるには０．００１％以上添加すればよい。しかしながら、ＡｌはＳｉと同様に焼戻し時のセメンタイト析出を抑制し、残留γを増加させる効果があり、Ａｌ増量すると残留γの増加によりばね特性が劣化する。このため、  ０．１００％以下とする必要がる。
【００３９】
また、このＡｌ量の下限については、より好ましくは０．００２％以上、更に好ましくは０．００５％以上、一層好ましくは０．０１０％以上であり、その上限については、より好ましくは０．０７０％以下、更に好ましくは０．０５０％以下、一層好ましくは０．０３０％以下である。
（１０）Ｖ：１．０００％以下（０％を含まない）
Ｖは炭窒化物を形成して組織微細化に寄与し、靭性向上に有効である。この効果を発揮させるには、０．０２０％以上添加すればよい。しかしながら、過剰添加は炭窒化物が粗大化し靭性を劣化させる。この観点から１．０００％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００４０】
また、このＶ量の下限については、より好ましくは０．０３０％以上、更に好ましくは０．０５０％以上、一層好ましくは０．０７０％以上であり、その上限については、より好ましくは０．５００％以下、更に好ましくは０．３００％以下、一層好ましくは０．２００％以下である。
（１１）Ｔｉ：０．３００％以下
Ｔｉは炭窒化物を形成して組織微細化に寄与し、靭性向上に有効である。この効果を発揮させるには、０．０２０％以上添加すればよい。しかしながら、過剰添加は炭窒化物が粗大化し靭性を劣化させる。この観点から０．３％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００４１】
また、このＴｉ量の下限については、より好ましくは０．０３０％以上、更に好ましくは０．０５０％以上、一層好ましくは０．０７０％以上であり、その上限については、より好ましくは０．２５０％以下、更に好ましくは０．２００％以下、一層好ましくは０．１５０％以下である。
（１２）Ｎｂ：０．３００％以下（０％を含まない）
Ｎｂは炭窒化物を形成して組織微細化に寄与し、靭性向上に有効である。この効果を発揮させるには、０．０２％以上添加すればよい。しかしながら、過剰添加は炭窒化物が粗大化し靭性を劣化させる。この観点から０．３％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００４２】
また、このＮｂ量の下限については、より好ましくは０．０３０％以上、更に好ましくは０．０５０％以上、一層好ましくは０．０７０％以上であり、その上限については、より好ましくは０．２５０％以下、更に好ましくは０．２００％以下、一層好ましくは０．１５０％以下である。
（１３）Ｎｉ：３．００ ％以下（０％を含まない）
Ｎｉは添加によって靭性を向上させることが知られており、また、加熱時の脱炭を抑制する効果もあり、ばね耐久特性向上に寄与する。これらの効果を発揮させるには０．１％以上添加すればよい。一方、過剰添加すると残留γを増加させてばね特性を劣化させる。よって、３％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００４３】
また、このＮｉ量の下限については、より好ましくは０．２０％以上、更に好ましくは０．４０％以上、一層好ましくは０．６０％以上であり、その上限については、より好ましくは２．５０％以下、更に好ましくは２．００％以下、一層好ましくは１．５０％以下である。
（１４）Ｃｕ：３．００％以下（０％を含まない）
Ｃｕは加熱時の脱炭を抑制する効果があり、ばね耐久特性向上に寄与する。この効果を発揮させるには０．１０％以上添加すればよい。一方、過剰添加すると残留γを増加させてばね特性を劣化させる。よって、３％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００４４】
また、このＣｕ量の下限については、より好ましくは０．２０％以上、更に好ましくは０．４０％以上、一層好ましくは０．６０％以上であり、その上限については、より好ましくは２．５０％以下、更に好ましくは２．００％以下、一層好ましくは１．５０％以下である。
（１５）Ｍｏ：２．００％以下（０％を含まない）
ＭｏはＰの粒界偏析を軽減し、靭性劣化を抑制する効果がある。また、炭化物を形成して組織微細化に寄与し、靭性を向上させる。これらの効果を発現させるには０．２％以上の添加が必要である。一方、過剰添加すると顕著な凝固偏析帯を形成し、靭性劣化を招く。よって２％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００４５】
また、このＭｏ量の下限については、より好ましくは０．３０％以上、更に好ましくは０．５０％以上、一層好ましくは０．７０％以上であり、その上限については、より好ましくは１．８０％以下、更に好ましくは１．６０％以下、一層好ましくは１．４０％以下である。
（１６）Ｃａ：０．００５０％以下（０％を含まない）
Ｃａは微量添加で硫化物を微細化し、靭性向上に寄与する。この効果を発現するためには、０．０００１％以上添加すればよい。一方、過剰添加すると逆に靭性劣化を招く。よって、０．００５％以下とする必要がある。
【００４６】
また、このＣａ量の下限については、より好ましくは０．０００２％以上、更に好ましくは０．０００３％以上、一層好ましくは０．０００４％以上であり、その上限については、より好ましくは０．００３０％以下、更に好ましくは０．００２０％以下、一層好ましくは０．００１０％以下である。
（１７）Ｍｇ: ０．００５０％以下（０％を含まない）
Ｍｇは微量添加で硫化物を微細化し、靭性向上に寄与する。この効果を発現するためには、０．０００１％以上添加すればよい。一方、過剰添加すると逆に靭性劣化を招く。よって０．００５％以下とする必要がある。
【００４７】
また、このＭｇ量の下限については、より好ましくは０．０００２％以上、更に好ましくは０．０００３％以上、一層好ましくは０．０００４％以上であり、その上限については、より好ましくは０．００３０％以下、更に好ましくは０．００２０％以下、一層好ましくは０．００１０％以下である。
（１８）ＲＥＭ：０．０２００％以下（０％を含まない）
ＲＥＭは微量添加で硫化物を微細化し、靭性向上に寄与する。この効果を発現するためには、０．０００１％以上添加すればよい。一方、過剰添加すると逆に靭性劣化を招く。よって、０．０２００％以下とする必要がある。
【００４８】
また、このＲＥＭ量の下限については、より好ましくは０．０００２％以上、更に好ましくは０．０００３％以上、一層好ましくは０．０００４％以上であり、その上限については、より好ましくは０．０１００％以下、更に好ましくは０．００５０％以下、一層好ましくは０．００１０％以下である。
【００４９】
なお、本発明でＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｎまでの１５元素）およびＳｃ、Ｙを合わせたものを指す。
（１９）Ｚｒ: ０．１００％以下（０％を含まない）
Ｚｒは炭窒化物を形成して組織微細化に寄与し、靭性向上に有効である。この効果を発揮させるには、０．０１０％以上添加すればよい。しかしながら、過剰添加は炭窒化物が粗大化し靭性を劣化させる。この観点から０．１００％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００５０】
また、このＺｒ量の下限については、より好ましくは０．０２０％以上、更に好ましくは０．０２５％以上、一層好ましくは０．０３０％以上であり、その上限については、より好ましくは０．０８０％以下、更に好ましくは０．０６０％以下、一層好ましくは０．０４０％以下である。
（２０）Ｔａ：０．１００％以下（０％を含まない）
Ｔａは炭窒化物を形成して組織微細化に寄与し、靭性向上に有効である。この効果を発揮させるには、０．０１％以上添加すればよい。しかしながら、過剰添加は炭窒化物が粗大化し靭性を劣化させる。この観点から０．１００％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００５１】
また、このＴａ量の下限については、より好ましくは０．０２０％以上、更に好ましくは０．０２５％以上、一層好ましくは０．０３０％以上であり、  その上限については、より好ましくは０．０８０％以下、更に好ましくは０．０６０％以下、一層好ましくは０．０４０％以下である。
（２１）Ｈｆ：０．１００％以下（０％を含まない）
Ｈｆは炭窒化物を形成して組織微細化に寄与し、靭性向上に有効である。この効果を発揮させるには、０．０１０％以上添加すればよい。しかしながら、過剰添加は炭窒化物が粗大化し靭性を劣化させる。この観点から０．１００％以下とする必要がある。更に、コスト低減の観点からは必要最小限の添加が望ましい。
【００５２】
また、このＨｆ量の下限については、より好ましくは０．０２０％以上、更に好ましくは０．０２５％以上、一層好ましくは０．０３０％以上であり、その上限については、より好ましくは０．０８０％以下、更に好ましくは０．０６０％以下、一層好ましくは０．０４０％以下である。
〔３〕実施例
本発明の効果を検証するため下記の実験を実施した。
（１）シームレス鋼管の製造
表１に示す成分を有する、外径１４３ｍｍ、肉厚５０ｍｍの各鋼管ビレットを１０００℃に加熱して熱間静水圧装置により熱間加工して、外径６０ｍｍ、肉厚１５ｍｍの素管とし、さらにこれを抽伸機により冷間加工して外径１６ｍｍ、肉厚４ｍｍの鋼管を作製した。これらの鋼管を表２に示すように７００〜９５０℃の温度（焼鈍温度）で最終焼鈍を施し、酸洗などの精製処理を行って製品のシームレス鋼管を得た。なお、最終焼鈍における冷却は空冷により行い、その冷却速度は１．５℃／ｓとした。
（２）鋼管の炭化物サイズの評価
上記で得られた各シームレス鋼管をその任意の横断面を観察面とするように、切断、樹脂埋め込みし、湿式研磨を施し、鏡面に仕上げた。その後、ピクラールでエッチングし、ＳＥＭを用いて金属組織観察を行った。観察位置は、パイプ肉厚中央部（ｔ/２位置）とし、３０００〜５０００倍にて５視野撮影した。観察写真を画像処理して、金属組織中の炭化物（セメンタイト）を円相当近似し、その最大値を求めた。この値を炭化物のサイズとして表２に記載した。
（３）鋼管の焼入れ処理
鋼管を中空ばねとした場合の特性を把握するため、上記各シームレス鋼管の焼入れ処理（焼入れ、焼戻し）を行った。焼入れは高周波加熱により１０００〜１１５０℃に加熱し、１０秒間保持後に水冷した。また、焼戻しは電気炉を用いて４００℃で６０分間保持後空冷した。
（４）鋼管の焼入れ処理後の耐久試験
上記焼入れ処理を行った各シームレス鋼管を、最大負荷応力１１５０ＭＰａおよび１２００ＭＰａにて大気耐久試験を実施した。寿命１０万回以上を合格ラインとした上で、１０万回未満を×（不合格）、１０万回以上３０万回未満を△（合格）、３０万回以上５０万回未満を○（合格）、５０万回以上を◎（合格）として評価した。この耐久試験の結果を表２に示した。
（５）焼入れ処理後の旧オーステナイト粒径調査
前記焼入れ処理後における各シームレス鋼管の任意の横断面を観察面とするように、切断、樹脂埋め込みし、湿式研磨を施し、鏡面に仕上げた。その後、ピクリン酸飽和水溶液を用いてエッチングして旧オーステナイト粒界を現出させ、光学顕微鏡を用いて観察した。観察位置は、パイプ肉厚中央部（ｔ／２位置）とし、４００倍にて５視野撮影した。観察写真から切断法にて旧オーステナイト粒径の平均値を求めた。この旧オーステナイト粒径の値を表２に示した。
（６）焼入れ処理後の未固溶炭化物の調査
焼入れ処理後における各シームレス鋼管をその任意の横断面を観察面とするように、切断、樹脂埋め込みし、湿式研磨を施し、鏡面に仕上げた。その後、ピクラールでエッチングし、ＳＥＭを用いて金属組織観察を行ない、未固溶の炭化物の有無を調査した。この結果についても同様に表２に示した。
【００５３】
表２の結果から、本発明例にかかるシームレス鋼管は比較例にかかる同鋼管と比べて優れた品質を備えており、すなわち、焼入れ処理後の強度が１１５０ＭＰａ級以上で且つ１０万回以上の耐久試験に耐える大気疲労特性有し、高い強度と耐久性を具備したものであることが判明し、高強度中空ばね用のシームレス鋼管として有利に適用できるものである。なお、表２の各比較例において本発明の上記目的とする強度と耐久性が得られないのは、鋼材Ｎｏ.Ａ１-１、Ａ５-１、Ａ６-１、Ａ１１-１、Ａ１５-１、Ａ２８-１、Ａ２９-１、Ａ３０-１、Ａ３２-１、Ａ３４-１、Ａ３５-１、Ａ３６-１及びＡ４６-１はそれぞれ本発明の規定する鋼成分の範囲を満足せず、また鋼材Ｎｏ.Ａ７-２、Ａ７-３、Ａ１４-２、Ａ１４-３、Ａ１８-２、Ａ２３-２、Ａ３７-２、Ａ３７-３、Ａ４２-２及びＡ４２-３は本発明の規定する炭化物のサイズを満足せず、更に鋼材Ｎｏ.Ａ１６-１及びＡ３５-１は本発明の規定する鋼成分及び炭化物のサイズの双方を満足しないためである。
【００５４】
【表１】
0005476597.tif 000002
【００５５】
【表２】
0005476597.tif 000003