(57)【要約】【課題】  溶接ビードを切削除去した後に平滑な溶接部表面を呈し、縮管，拡管加工等で割れ発生のない製品形状に加工される電縫鋼管用素材を提供する。【解決手段】  0.0003〜0.0050質量％のBが添加されたTi添加極低炭素鋼板を下地とし、溶融亜鉛めっき層，合金化溶融亜鉛めっき層，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき層が設けられている。Ti添加極低炭素鋼板は、Cが0.001~0.025質量％，Nが0.01質量％以下で、Ti含有量が[(48／12×C＋48／32×S＋48／14N)＋0.01]〜0.10質量％の範囲に調整されている。熱延工程，冷延工程，還元加熱，溶融めっきの工程を経て製造されが、溶融めっきに先立つ還元加熱では、加熱温度を800〜900℃，冷却速度を10〜50℃／秒の範囲に設定する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０.００１〜０.０２５質量％，Ｓｉ：１.５質量％以下，Ｍｎ：０.１〜２.５質量％，Ｐ：０.１５質量％以下，Ｓ：０.０１質量％以下，sol.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％，Ｔｉ：[(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４Ｎ)＋０.０１]〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１質量％以下，Ｂ：０.０００３〜０.００５０質量％，残部が実質的にＦｅの組成をもつ鋼板を下地とし、溶融亜鉛めっき層，合金化溶融亜鉛めっき層，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき層が設けられていることを特徴とする造管時のビードカット性に優れた電縫鋼管用素材。
【請求項２】
下地鋼板が更にＮｂ：０.０１〜０.１０質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％，Ｚｒ：０.０１〜０.１０質量％の一種又は二種以上を含む請求項１記載の電縫鋼管用素材。
【請求項３】
請求項１又は２記載の組成をもつスラブを加熱温度：１１００〜１２５０℃，仕上げ温度：８８０〜９４０℃，巻取り温度：６８０〜７６０℃で熱間圧延し、圧延率：７０〜８５％で冷間圧延し、加熱温度：８００〜９００℃，冷却速度：１０〜５０℃／秒で還元焼鈍した後、溶融亜鉛めっき浴，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき浴又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき浴に導入することを特徴とする造管時のビードカット性に優れた電縫鋼管用素材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縮管，拡管等の加工が予定される自動車部品，各種機械構造体部品等に使用され、成形性，造管時のビードカット性に優れた電縫鋼管用素材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用部品を始め各種機械構造用途に使用される鋼板に優れた深絞り性，張出し加工性が要求される場合、Ｔｉ添加極低炭素鋼板が汎用されている。Ｔｉ添加極低炭素鋼板には、軟鋼クラスから高張力鋼クラスまで種々の鋼種が開発されている。
腐食性の強い環境で使用されることが多い自動車用部品，機械構造用部材等では、低炭素鋼鋼板等の下地鋼板を溶融めっきすることにより耐食性を改善しためっき鋼板が使用されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開昭60-165366号公報
【０００３】
ところで、自動車部品，機械構造用部材等に強度を付与するため、電縫鋼管を使用する場合が多い。電縫鋼管は、所定サイズに裁断した切板を造管ラインでオープンパイプ形状に成形した後、幅方向端部を高周波誘導加熱等で溶接することにより製造されるが、内外両面に溶接ビードが形成される。外面ビードは鋼管の外径を保証するため通常切除されているが、内径保証が要求される場合には内面ビードを切除することもある。溶接ビードの切除に際しては、高温状態にある走行中の溶接鋼管に溶接機の後方に固定配置された切削バイト等の刃物を押し当てる走間切削が採用されている。
【０００４】
Ｔｉ添加極低炭素鋼板は、深絞り性，張出し加工性等に優れているものの、ビードカット性に劣るため自動車部品，機械構造用部材等の素材として使用されている電縫鋼管にすることには問題がある。
Ｔｉ添加極低炭素鋼製の電縫鋼管を造管ラインでビードカットすると、切削された溶接ビードが切れ切れになって連続した切り粉として回収できず、ビードカット後の材料表面に凹凸状のビビリ疵が発生しやすい。ビードカット跡の幅が不均一化して外径精度が公差を外れ、切れ切れになった内面ビードが刃物に絡んで切削不能又は刃物の折損が生じやすいことも、低炭素鋼製電縫鋼管にみられない現象である。低いビードカット性は、Ｔｉ添加極低炭素鋼製電縫鋼管の製造歩留を低下させる原因であり、加工性に優れたＴｉ添加極低炭素鋼板の長所を十分に活かしきれていない。
【０００５】
他方、軽量化や部品形状の複雑化に伴い、縮管，拡管等で電縫鋼管を所定形状に成形する傾向が強く、加工性に優れた電縫鋼管の提供が望まれている。この点、Ｔｉ添加極低炭素鋼製の電縫鋼管のビードカット性を改善できれば、縮管，拡管等の加工に耐える自動車部品，各種機械構造用部材の素材として好適な電縫鋼管が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような要求に応えるべく、加工性を確保しながらＴｉ添加極低炭素鋼の成分設計を改良し、特に適量のＢ添加で溶接ビードの硬さを調質することにより造管時のビードカット性が改善し、更に亜鉛系溶融めっき層によって耐食性を向上させた電縫鋼管用素材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電縫鋼管用素材は、適量のＢが添加されたＴｉ添加極低炭素鋼板を下地とし、溶融亜鉛めっき層，合金化溶融亜鉛めっき層，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき層が設けられている。
下地のＴｉ添加極低炭素鋼板は、Ｃ：０.００１〜０.０２５質量％，Ｓｉ：１.５質量％以下，Ｍｎ：０.１〜２.５質量％，Ｐ：０.１５質量％以下，Ｓ：０.０１質量％以下，sol.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％，Ｔｉ：[(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４Ｎ)＋０.０１]〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１質量％以下，Ｂ：０.０００３〜０.００５０質量％を含む。必要に応じ、Ｎｂ：０.０１〜０.１０質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％，Ｚｒ：０.０１〜０.１０質量％の一種又は二種以上を含ませても良い。
【０００８】
該電縫鋼管用素材は、製造条件が制御された熱延工程，冷延工程，還元加熱，溶融めっきの工程を経て製造される。熱延工程では、１１００〜１２５０℃に加熱されたスラブを仕上げ温度：８８０〜９４０℃で熱間圧延し、巻取り温度：６８０〜７６０℃でコイル状に巻き取る。冷延工程では、圧延率を７０〜８５％の範囲に設定する。溶融めっきに先立つ還元加熱では、加熱温度を８００〜９００℃，冷却速度を１０〜５０℃／秒の範囲に設定する。還元焼鈍された鋼帯は、還元焼鈍炉からスナウトを介して溶融亜鉛めっき浴，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき浴又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき浴に導入される。
【発明の効果及び最良の形態】
【０００９】
Ｔｉ添加極低炭素鋼製電縫鋼管は、Ａc3変態点が約９００℃と高く、高温強度が比較的低いためビードカット性に劣ると推察される。本発明者等は、かかる前提で溶接ビードを適度に硬質化させることによりビードカット性を改善する方法を検討した。その結果、時効起因の特性低下がない完全非時効型の成分設計の下で適量のＢを添加し、溶接ビードの硬質化に有効な固溶Ｂ量を確保するとき、Ｔｉ添加極低炭素鋼製電縫鋼管のビードカット性が改善され、Ｔｉ添加極低炭素鋼板の優れた加工性を活用できる電縫鋼管用素材が得られることを解明した。
以下、本発明で規定した各種条件を個別に説明する。
【００１０】
〔成分設計〕
・Ｃ：０.００１〜０.０２５質量％
下地に使用されるＴｉ添加極低炭素鋼板は、炭窒化物形成元素でＣを微細析出物として鋼中に固定することにより完全非時効を狙った鋼種であり、炭窒化物形成元素の必要添加量を少なくすると共に微細析出物の増加に起因する加工性の低下を防止するためＣ含有量を０.０２５質量％以下に抑えている。しかし、極端な低炭素化は長時間の脱炭処理を必要とし製造コストの上昇を招くので、Ｃ含有量の下限を０.００１質量％とした。
【００１１】
・Ｓｉ：１.５質量％以下
室温強度，高温強度の向上に有効な固溶強化元素であるが、加工性，めっき鋼板の表面性状に悪影響を及ぼし、Ｓｉ含有量の増加に伴い不めっきも発生しやすくなる。このような悪影響を抑制するため、１.５質量％以下にＳｉ含有量を規制する。
・Ｍｎ：０.１〜２.５質量％
連続鋳造時に割れ発生を抑制する上で、０.１質量％以上のＭｎが必要である。また、Ｓｉと同様な固溶強化作用を呈し、加工性，めっき鋼板の表面性状に悪影響を及ぼし、Ｍｎ含有量の増加に伴い不めっきも発生しやすくなる。そこで、０.１〜２.５質量％にＭｎ含有量を選定する。
【００１２】
・Ｐ：０.１５質量％以下
高強度化に有効な成分であるが、０.１５質量％を超える過剰添加は加工性の劣化を招き、縮管成形後の二次加工割れを多発させる原因となる。
・Ｓ：０.０１質量％以下
熱間加工性，冷間加工性に有害な元素であり、連続鋳造時にＭｎＳ起因の熱間脆性が頻発し、０.０１質量％を超えると成形性が極端に低下する。Ｓは、加工性改善のために添加したＴｉをＴｉＳとして消費し、有効Ｔｉ量をも減少させる。そのため、可能な限りＳ含有量を低減することが好ましい。
【００１３】
・sol.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％
Ａｌは製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であり、十分な脱酸効果を得るためにsol.Ａｌとして０.０１質量％以上が必要である。しかし、０.１０質量％を超える過剰添加は鋼中のＡｌ系介在物を増加させ、縮管，拡管等の加工時に割れが発生しやすくなる。そのため、sol.Ａｌが０.０１〜０.１０質量％の範囲となるようにＡｌ添加量を選定する。
【００１４】
・Ｔｉ：[(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４Ｎ)＋０.０１]〜０.１０質量％
Ｃ，Ｎを固定し完全非時効とする上で必要な成分であり、Ｓを硫化物として固定する作用も呈する。硫化物は、Ｔｉ系の炭窒化物と相俟って電縫鋼管用素材の加工性を向上させる。そのため、Ｃ，Ｎ，Ｓの固定に必要な量よりも０.０１質量％だけ多い値にＴｉ添加量が設定される。性質改善効果はＴｉ含有量の増加に伴って顕著になるが、０.１０質量％で飽和し、それ以上添加しても鋼材コストを上昇させるだけである。
【００１５】
・Ｎ：０.０１質量％以下
Ｃと同様にＴｉ添加により炭窒化物として鋼中に固定されることにより完全非時効型になるが、Ｎ含有量が多いと生成する炭窒化物が増加して加工性を低下させる。Ｎ含有量の上限を０.０１質量％に設定したが、製造コストが許す限りＮ含有量を低減することが加工性確保にとって好ましい。
【００１６】
・Ｂ：０.０００３〜０.００５０質量％
焼入れ硬化作用のあるＢを適量添加すると、造管時に優れたビードカット性を呈する電縫鋼管用素材が得られ、ビードカットされた電縫鋼管用素材の表面が平滑化される。Ｂ添加によるビードカット性の改善効果は、造管時の熱履歴で溶接ビードが適度に硬質化し、ビードカット時の高温域においても溶接ビードの硬さが確保されることが原因と考えられる。固溶Ｂが鋼中に確保されているときビードカット性の改善効果がみられるが、ＢＮ等として固定されたＢはビードカット性に好影響を及ぼさない。また、Ｂの過剰添加は、素材の成形性にとって好ましくなく、電縫鋼管用素材の成形時に座屈等の加工欠陥を助長させる。そこで、０.０００３〜０.００５０質量％（好ましくは、０.０００３〜０.００３０質量％）の範囲でＢ含有量を選定する。
【００１７】
・Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ：何れも０.０１〜０.１０質量％
Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒは、必要に応じて添加される合金成分であり、縮管，拡管等に必要な加工性を改善する作用を呈し、縮管又は拡管後の二次加工割れに対しても有効である。何れも０.０１質量％以上で添加効果がみられるが、０.１０質量％を超える過剰添加は添加効果が飽和するばかりでなく製造コストを上昇させることにもなる。
【００１８】
〔熱間圧延〕
所定組成に調整された溶鋼を常法に従ってスラブに鋳造した後、制御された製造条件下で熱間圧延することにより、Ｔｉ添加極低炭素鋼板及び電縫鋼管用素材の加工性を改善する。熱間圧延に先立つ加熱処理では、加工性の改善に有効なＴｉ系炭窒化物を析出させる温度域：１１００〜１２５０℃にスラブを加熱する。熱間圧延では、加工性に有害な集合組織の発生・成長を抑えるため仕上げ温度：８８０℃以上とするが、９４０℃以下に仕上げ温度を設定することにより過剰なエネルギー消費，炉材の損傷を回避する。熱間圧延された鋼帯は、再固溶を防ぎＴｉ系炭窒化物の必要量を確保するため６８０℃以上で高温巻取りされるが、７６０℃を超える巻取り温度では酸洗性が著しく劣化する傾向を示す。好ましくは、加熱温度を１１５０〜１２５０℃，仕上げ温度を８８０〜９２０℃，巻取り温度を６８０〜７２０℃の範囲で選定する。
【００１９】
〔冷間圧延〕
Ｔｉ添加極低炭素鋼板の加工性は、冷間圧延時の圧延率によっても影響される。高すぎる圧延率では加工性改善にとって好ましくない副方位の集合組織が形成されるので、圧延率の上限を８５％に設定する。しかし、７０％を下回る圧延率では、Ｂを添加している影響で冷延集合組織の成長が遅く、必要な機械的性質が得られない。
【００２０】
〔溶融めっき時の還元焼鈍〕
Ｔｉ添加極低炭素鋼冷延材の溶融めっきに際しては、還元雰囲気中で８００〜９００℃の温度域で加熱し鋼板表面を活性化させる。８００℃以上に加熱することにより完全再結晶組織となって必要な機械的性質が得られるが、９００℃を超える高温加熱はエネルギーの多量消費を必要とし製造コストの上昇を招く。還元加熱後の冷却過程で、ビードカット性の改善に有効な固溶Ｂ量が冷却速度の影響を受ける。冷却速度が１０℃／秒に達しない緩冷却では、固溶Ｂ量が減少しやすく、溶融めっき製品の外観も一部損なわれる場合がある。固溶Ｂ量が減少する理由は必ずしも明確でないが、固溶Ｂが鋼板表層付近にある還元雰囲気中のＮと反応しＢＮとして消費されるものと推察される。逆に５０℃／秒を超える冷却速度は、溶融めっきラインの構成から困難な条件であり、設備トラブルを引き起こしかねない。
【００２１】
〔溶融めっき〕
耐食性を付与するため、還元焼鈍されたＴｉ添加極低炭素鋼板を溶融亜鉛めっき浴，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき浴又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき浴に導入して引き上げ、ガスワイピング等の付着量制御手段によってめっき目付け量を調整する。溶融めっき後の鋼帯を合金化炉に通板し、合金化溶融亜鉛めっき層を形成することも可能である。溶融めっき時の最高到達板温は５００℃程度であり、加工性に必要なＴｉ系炭窒化物やビードカット性に必要な固溶Ｂ量に悪影響を及ぼさない。
溶融めっきでは、Ｚｎ-０.１％Ａｌ，Ｚｎ-０.１５％Ａｌ等の溶融亜鉛めっき層，Ｚｎ-５％Ａｌ，Ｚｎ-５５％Ａｌ等の溶融Ｚｎ-Ａｌ合金めっき層，Ｚｎ-６％Ａｌ-３％Ｍｇ等の溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層が形成される。
【実施例】
【００２２】
表１の組成をもつスラブを加熱温度：１２３０℃，仕上げ温度：９２０℃，巻取り温度：６９０℃で熱間圧延し、板厚：４.２ｍｍの熱延鋼帯を得た。熱延鋼帯を焼鈍・酸洗した後、板厚：１.０ｍｍに冷間圧延した。
【００２３】
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【００２４】
炉温：８５０℃のインライン型還元焼鈍炉に各冷延鋼帯をラインスピード：１００ｍ／分で通板し、還元焼鈍後に表２の冷却速度で冷却し、溶融亜鉛めっき浴に導入し、溶融亜鉛めっき浴から引き上げられた鋼帯にワイピングガスを吹き付け、片面当りめっき目付け量を４５ｇ／ｍ2に調整した。
【００２５】
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【００２６】
製造された溶融亜鉛めっき鋼板を造管ラインに送り、高周波誘導加熱による溶接で外径３１.８ｍｍの電縫鋼管とした。実際の造管ラインでは溶接機の後方に配置されている切削バイトで溶接ビードが切削除去されるが、本実施例ではビードカット性を調査するため内面ビードを手作業で切削した。
得られた電縫鋼管について、機械強度，ビードカット性，加工性を調査した。
【００２７】
機械試験では、電縫鋼管から切り出したJIS Z2201の５号試験片を室温での引張試験に供し、０.２％耐力，引張強さ，全伸びを測定すると共に、ランクフォード値を算出した。
ビード切削試験では、標準的なバイトを備えた実験室レベルの切削機を用いて電縫鋼管の内面ビードを切削した。ビード切削後の溶接部内面を目視観察し、平滑な表面を呈した試験片を◎，僅かにビビリ疵が検出された試験片を○，ペーパ研磨で除去できる程度のビビリ疵が発生した試験片を△，切削・研削が必要なビビリ疵が発生した試験片を×としてビードカット性を評価した。
【００２８】
加工試験では、内面ビードが切削除去された電縫鋼管を三工程のプレス加工により縮管率：６０％で縮管又は拡管率：１７０％で拡管し、縮管性，拡管性を調査した。割れ発生がなく目標形状に加工された試験片を○，ルーペで観察できる程度の微小クラックが僅かながら発生した試験片を△，目視観察で割れが検出できる試験片を×として加工性を評価した。
【００２９】
表３の調査結果にみられるように、適量のＢを添加し、還元焼鈍後の冷却速度を１０〜５０℃／秒の範囲に維持した本発明例は、何れも優れた加工性，ビードカット性を示した。他方、Ｂ無添加で緩冷却に過ぎるＮo.４では、内面ビードを切削除去した後の溶接部内面に多数のビビリ疵が検出され、拡管後に加工割れが頻発していた。過剰量のＢを添加し還元焼鈍後に２０℃／秒で冷却したＮo.９では、ビードカット性が良好であるものの，縮管された溶接鋼管に加工割れが検出された。
この対比から、適量のＢを下地の鋼板に固溶させておくとビードカット性が改善され、しかもＴｉ添加極低炭素鋼板の優れた加工性を活用できることが判る。
【００３０】
2006037207.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上に説明したように、適量のＢを添加したＴｉ添加極低炭素鋼板を溶融めっき鋼板の下地に使用することにより、溶接ビードが適度に硬質化され、従来のＴｉ添加極低炭素鋼板に生じがちであった切削時のトラブルが回避され、ビードの切削除去後に平滑な溶接部表面が得られる。しかも、Ｔｉ添加極低炭素鋼板本来の優れた加工性が活用され、縮管，拡管等の加工が施された後でも加工割れ等の欠陥発生が抑えられる。更に、下地鋼板が亜鉛系の溶融めっき層で被覆されているので、耐食性にも優れている。そのため、軽量化，複雑化の傾向が強い自動車用部品を初め、各種機械構造用部材として好適な素材として使用される。