(57)【要約】【課題】  特性が規制されたフェライト系ステンレス鋼を素材として選択することにより、１００％以上の拡管率で拡管加工が可能な拡管用ステンレス鋼管を提供する。【解決手段】  幅方向のランクフォード値（ｒ値）が１.６以上で、しかも長手方向の０.２％耐力が３１０ＭＰａ以下の特性を有するフェライト系ステンレス鋼帯をロール成形により円筒状に成形した後、鋼帯の端部突合せ部を連続的に溶接する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼帯をロール成形により円筒状に成形した後、鋼帯の端部突合せ部を連続的に溶接した溶接管であって、幅方向のランクフォード値（ｒ値）が１.６以上で、しかも長手方向の０.２％耐力が３１０ＭＰａ以下の特性を有するフェライト系ステンレス鋼帯から造管されたことを特徴とする高拡管用ステンレス鋼管。
【請求項２】
フェライト系ステンレス鋼が、Ｃ：０.０１５質量％以下，Ｓｉ：０.５質量％以下，Ｍｎ：２.０質量％以下，Ｐ：０.０５０質量％以下，Ｓ：０.０２０質量％以下，Ｃｒ：１１.０〜２５.０質量％，Ｎ：０.０２０質量％以下を含み、さらにＴｉ：０.０５〜０.５０質量％とＮｂ：０.１０〜０.５０質量％の少なくとも一種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する請求項１に記載の高拡管用ステンレス鋼管。
【請求項３】
フェライト系ステンレス鋼が、Ｃ：０.０１５質量％以下，Ｓｉ：０.５質量％以下，Ｍｎ：２.０質量％以下，Ｐ：０.０５０質量％以下，Ｓ：０.０２０質量％以下，Ｃｒ：１１.０〜２５.０質量％，Ｎ：０.０２０質量％以下を含み、さらにＴｉ：０.０５〜０.５０質量％とＮｂ：０.１０〜０.５０質量％の少なくとも一種，及びＭｏ：３.０質量％以下とＢ：０.０１００質量％以下の少なくとも一種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する請求項１に記載の高拡管用ステンレス鋼管。
【請求項４】
幅方向のランクフォード値（ｒ値）が１.６以上で、しかも長手方向の０.２％耐力が３１０ＭＰａ以下の特性を有するフェライト系ステンレス鋼帯を素材とし、当該素材鋼帯をロール成形により円筒状に成形した後、鋼帯の端部突合せ部を連続的に溶接することを特徴とする高拡管用ステンレス鋼管の製造方法。
【請求項５】
Ｃ：０.０１５質量％以下，Ｓｉ：０.５質量％以下，Ｍｎ：２.０質量％以下，Ｐ：０.０５０質量％以下，Ｓ：０.０２０質量％以下，Ｃｒ：１１.０〜２５.０質量％，Ｎ：０.０２０質量％以下を含み、さらにＴｉ：０.０５〜０.５０質量％とＮｂ：０.１０〜０.５０質量％の少なくとも一種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する熱延鋼帯を一旦冷間圧延した後に９００〜１０５０℃の温度域で中間焼鈍し、再度目標板厚まで冷間圧延を行い、９５０〜１１００℃の温度域で仕上げ焼鈍を行った後、ロール成形により円筒状に成形し、鋼帯の端部突合せ部を連続的に溶接することを特徴とする高拡管用ステンレス鋼管の製造方法。
【請求項６】
Ｃ：０.０１５質量％以下，Ｓｉ：０．５質量％以下，Ｍｎ：２.０質量％以下，Ｐ：０.０５０質量％以下，Ｓ：０.０２０質量％以下，Ｃｒ：１１.０〜２５.０質量％，Ｎ：０.０２０質量％以下を含み、さらにＴｉ：０.０５〜０.５０質量％とＮｂ：０.１０〜０.５０質量％の少なくとも一種，及びＭｏ：３.０質量％以下とＢ：０.０１００質量％以下の少なくとも一種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する熱延鋼帯を一旦冷間圧延した後に９００〜１０５０℃の温度域で中間焼鈍し、再度目標板厚まで冷間圧延を行い、９５０〜１１００℃の温度域で仕上げ焼鈍を行った後、ロール成形により円筒状に成形し、鋼帯の端部突合せ部を連続的に溶接することを特徴とする高拡管用ステンレス鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端部に拡管加工を施して車輌用の給油管に用いる高拡管用ステンレス鋼管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用給油管には溶接鋼管が使用されており、管端に給油口が形成されている。給油口は張出し加工，バルジ加工，ポンチ加工等で溶接鋼管の管端を拡管することにより形成されるが、加工部に割れや亀裂が発生しやすい。そのため、加工性に優れた普通鋼を素材とする溶接鋼管が従来から使用されている。
自動車用給油管は，燃料タンクに接続された状態で自動車に搭載される。そのため、気密性に劣る給油管を使用すると、気化したガソリンが大気中に散逸する。ガソリンの散逸は、最近特に重視されている地球環境に悪影響を及ぼす原因の一つである。また、拡管加工した普通鋼鋼管にユニクロめっきを施し、さらにその外表面に粉体塗装して防錆を改善した給油管も知られているが、塩害地域等の腐食性雰囲気に曝されると、錆の発生・成長を完全に抑えることが困難であることが知られている。
【０００３】
また、劣化したガソリンやアルコール燃料のように有機酸を含む腐食性環境に曝されたときに内面側から腐食が進行し、その結果、孔食による穴開き等が発生して気密性が低下することも知られている。
そこで、長期間にわたって良好な気密性を維持するために、代表的な耐食材料であるステンレス鋼が燃料給油管の素材として使用されるようになった（例えば特許文献１）。ステンレス鋼は、めっき，塗装等に依ることなく錆発生を防止できると言う、優れた機能を有している。
【０００４】
しかし、ステンレス鋼は普通鋼に比較して硬質で、加工硬化しやすい材料であるため、ステンレス鋼溶接管を拡管加工すると加工割れが発生しやすく、所定形状への成形に困難を要している。
しかも、車輌の軽量化に伴って、直径２５.４ｍｍの小径管を拡管加工した給油管が使用され始めているが、給油口は内径が約５０ｍｍと一定である。そのため、小径管から製造される給油管では、１００％或いはそれ以上の拡管率で管端を拡管加工することが必要となり、加工性に一層優れたステンレス鋼溶接管が要求される。
本発明者等は、レーザー溶接法を採用することにより溶融部分を狭くすれば、素材の加工性を損なうことなく拡管できることを、特許文献２で紹介した。
【特許文献１】特開平９−２４０２９４号公報
【特許文献２】特願２００４−０８８６２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、単に溶接時に溶融部分を狭くしたのみでは、割れを発生させることなく１００％或いはそれ以上の拡管率で管端を拡管加工するには、薄肉部が生じないように各段での拡管条件を細かく設定した複数段の拡管工程を必要とする等、作業性がよくなかった。特に、オーステナイト系ステンレス鋼と比べ加工硬化し難いため拡管加工しやすいと言われているフェライト系ステンレス鋼を用いても、伸びが少ないため１００％或いはそれ以上の拡管率で管端を拡管加工するには、細かい加工条件を設定する必要があって、作業性が低下していた。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ステンレス鋼製溶接鋼管の拡管加工性に及ぼすステンレス鋼帯の特性を詳細に調査し、特性が規制されたフェライト系ステンレス鋼を素材として選択することにより、１００％以上の拡管率で拡管加工が可能な拡管用ステンレス鋼管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】
【０００６】
本発明の高拡管用ステンレス鋼管は、その目的を達成するため、鋼帯をロール成形により円筒状に成形した後、鋼帯の端部突合せ部を連続的に溶接した溶接管であって、幅方向のランクフォード値（ｒ値）が１.６以上で、しかも長手方向の０.２％耐力が３１０ＭＰａ以下の特性を有するフェライト系ステンレス鋼帯から造管されたことを特徴とする。
フェライト系ステンレス鋼としては、Ｃ：０.０１５質量％以下，Ｓｉ：０.５質量％以下，Ｍｎ：２.０質量％以下，Ｐ：０.０５０質量％以下，Ｓ：０.０２０質量％以下，Ｃｒ：１１.０〜２５.０質量％，Ｎ：０.０２０質量％以下を含み、さらにＴｉ：０.０５〜０.５０質量％とＮｂ：０.１０〜０.５０質量％の少なくとも一種，必要に応じてさらにＭｏ：３.０質量％以下とＢ：０.０１００質量％以下の少なくとも一種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有するものが好ましい。
【０００７】
また、本発明の高拡管用ステンレス鋼管は、Ｃ：０.０１５質量％以下，Ｓｉ：０.５質量％以下，Ｃｒ：１１.０〜２５.０質量％，Ｎ：０.０２０質量％以下を含み、さらにＴｉ：０.０５〜０.５０質量％とＮｂ：０.１０〜０.５０質量％の少なくとも一種，必要に応じてさらにＭｏ：３.０質量％以下とＢ：０.０１００質量％以下の少なくとも一種を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する熱延鋼帯を一旦冷間圧延した後に９００〜１０５０℃の温度域で中間焼鈍し、再度目標板厚まで冷間圧延を行い、９５０〜１１００℃の温度域で仕上げ焼鈍を行った後、ロール成形により円筒状に成形し、鋼帯の端部突合せ部を連続的に溶接する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の高拡管用ステンレス鋼管は、幅方向のランクフォード値（ｒ値）が１.６以上で、しかも長手方向の０.２％耐力が３１０ＭＰａ以下の特性を有するフェライト系ステンレス鋼帯を素材としていることから、過酷な加工条件を伴う拡管加工を施しても、割れや座屈等を生じることなく、良好な形状をもつ拡管製品が得られる。しかも、１００％あるいはそれ以上の拡管率を採用することができるため、給油管等に用いるステンレス鋼管の小径化が可能となって、車両搭載用部品の軽量化及び耐食性の向上に資する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者等は、給油管等に用いられる拡管用のステンレス鋼管を溶接法により製造する際に用いられるステンレス鋼帯の物性と拡管加工性との関係を種々調査検討した。
その結果、次の知見が得られた。すなわち、拡管加工は、パンチを管端から圧入して、周方向に拡げるとともに管軸方向には縮ませて行く加工方法である。このため、プレス加工による鋼板の穴拡げ加工とは異なり、鋼板の異方性を小さくすることは重要ではない。拡管加工ではむしろ鋼板の幅方向のランクフォード値（ｒ値）に影響される。さらに、幅方向のｒ値だけではなく、鋼帯の管軸方向の０.２％耐力にも大きく影響される。
【００１０】
ところで、拡管加工のように主として周方向への引張り応力が加わり、管軸方向には圧縮応力が加わる拡管加工では、素材の幅方向の延性が低いと引張り応力を主に受ける拡管加工性の向上が期待できない。鋼帯の幅方向のｒ値が高いと、拡管時に周方向に材料が引張られる場合に、管軸方向に材料は縮み易くなる。体積一定と考えると板厚減少を抑制する作用がある。また、長手方向の０.２％耐力が小さいと、拡管時のパンチによる軸方向への圧縮力により材料は縮み易くなる。体積一定と考えると、同様に板厚減少を抑制する作用がある。
したがって、鋼帯の幅方向のｒ値が高いことと、鋼帯の長手方向の０.２％耐力が小さいことの相乗作用で拡管時の板厚減少が抑制され、１００％あるいはそれ以上の拡管率での高拡管加工が可能になる。
【００１１】
以下に、本発明で用いたステンレス鋼帯及びその調整方法について説明する。
本発明では、鋼帯をロール成形により円筒状に成形した後、鋼帯の端部突合せ部を連続的に溶接した溶接管を製造する際に、幅方向のランクフォード値（ｒ値）が１.６以上で、しかも長手方向の０.２％耐力が３１０ＭＰａ以下の特性を有するフェライト系ステンレス鋼帯を素材として用いる。
詳細は、後記の実施例で記載するが、幅方向のｒ値が１.６に満たないもの、あるいは長手方向の０.２％耐力が３１０ＭＰａを超える鋼帯を用いた場合、割れることなく拡管率１００％以上の拡管加工を施すことは不可能である。
【００１２】
なお、鋼帯の機械的特性は、鋼帯の長手方向（Ｌ方向），長手方向に４５°の方向（Ｄ方向）及び幅方向（Ｔ方向）に、ＪＩＳ  Ｚ２２０１に規定される１３Ｂ号定型試験片を切り出し、引張試験を行なって測定した。引張試験では、速度２０ｍｍ／分で試験片を引張った後、破断後の試験片を突合せ、標点間距離の伸びを破断伸びとして測定した。また、引張り歪１５％を付与した状態で試験片の板厚及び幅を測定し、幅収縮率の自然対数値を板厚減少率の自然対数値で除した値をランクフォード値（ｒ値）として、Ｌ方向，Ｄ方向及びＴ方向について求めた。
【００１３】
上記特性を有するフェライト系ステンレス鋼は、次のような成分組成を有する鋼を、熱延材を得るまでは通常の手段を施し、造管前の冷延鋼帯製造時に所定の焼鈍工程を付与すれば得られる。
その要件について説明する。
Ｃ：０.０１５質量％以下
最終焼鈍段階で再結晶フェライトがランダム成長する際の再結晶核として有効な炭化物となり、加工割れを抑制する作用を呈する。このような作用は、０.００４質量％以上のＣ含有で顕著になる。しかし、冷延焼鈍された鋼板の強度を上げる成分であり、過剰量のＣは延性を低下させるので、Ｃ含有量の上限を０.０１５質量％以下に設定した。
【００１４】
Ｓｉ：０.５質量％以下
製鋼段階で脱酸剤として添加される成分であるが、固溶強化能が高い。そのため、Ｓｉによる硬質化，延性低下が発現しないように、Ｓｉ含有量の条件を０.５質量％以下に設定した。
Ｍｎ：２.０質量％以下
オーステナイト形成元素であり、固溶強化能が小さく材質への悪影響も少ない。しかし、過剰量のＭｎ含有は溶製時にＭｎヒュームを発生させ、製造性低下の原因になるので、上限を２.０質量％に規制することが好ましい。
【００１５】
Ｐ：０.０５０質量％以下
熱間加工性に有害な成分であり、Ｐを０.０５０質量％以下に規制することにより悪影響を抑制することが好ましい。
Ｓ：０.０２０質量％以下
結晶粒界に偏析しやすく、粒界脆化によって熱間加工性を低下させる作用を呈する。Ｓ起因の悪影響を抑制するため、Ｓ含有量の上限を０.０２０質量％に規制することが好ましい。
【００１６】
Ｃｒ：１１.０〜２５.０質量％
耐食性の向上に有効な合金成分であり、ステンレス鋼に要求される耐食性を確保する上で少なくとも１１.０質量％のＣｒが必要である。しかし、Ｃｒ含有量の増加に伴い靭性や加工性が低下するので、上限を２５.０質量％に設定した。
Ｎ：０.０２０質量％以下
最終焼鈍段階で再結晶フェライトがランダム成長する際の再結晶核として有効な窒化物となり、加工割れを抑制する作用を呈する。このような作用は、０.００５質量％以上のＮ含有で顕著になる。しかし、冷延焼鈍材の強度を上げる成分であり、過剰量のＮ含有は延性の低下を招く。したがって、Ｎ含有量の上限を０.０２０質量％に設定した。
【００１７】
Ｔｉ：０.０５〜０.５０質量％
Ｃ，Ｎを固定し加工性，耐食性を向上させる合金成分であり、０.０５質量％以上でＴｉ添加の効果がみられる。しかし、過剰量のＴｉ添加は鋼材コストの上昇は勿論、Ｔｉ系介在物起因の表面欠陥を発生させやすくするので、０.５０質量％にＴｉ含有量の上限を設定した。
Ｎｂ：０.１０〜０.５０質量％
Ｃ，Ｎの固定，フェライト結晶粒の微細化や加工性の向上に有効な合金成分であり、０.１０質量％以上の添加量でＮｂの効果がみられる。しかし、０.５０質量％を超える過剰量のＮｂを添加すると、鋼材が硬質化して加工性が低下し、再結晶温度も高くなる。
【００１８】
Ｍｏ：３.０質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、耐食性を改善する作用を呈する。しかし、過剰量のＭｏを添加すると高温での固溶強化や動的再結晶の遅滞が生じて熱間加工性が低下するので、添加する場合にはＭｏ含有量を３.０質量％以下に抑える。
【００１９】
Ｂ：０.０１００質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、Ｎを固定し、耐食性，加工性を改善する作用を呈する。このような効果は、０.０００５質量％以上のＢ添加でみられる。しかし、Ｂの過剰添加は熱間加工性，溶接性を低下させる原因となるので、添加する場合には０.０１００質量％以下の範囲でＢ含有量を選定する。
なお、耐食性や脱酸性の確保のため、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌの元素を添加しても差し支えない。
【００２０】
所定組成に調整されたフェライト系ステンレス鋼は、溶製後に鋳造され、熱延鋼帯を一旦冷間圧延した後に９００〜１０５０℃の温度域で中間焼鈍し、再度目標板厚まで冷間圧延を行い、９５０〜１１００℃の温度域で仕上げ焼鈍を経て冷延焼鈍材とされる。
この際の中間焼鈍及び仕上げ焼鈍の温度が低すぎると、圧延時の歪が完全に除去できないため、０．２％耐力が高くなる。逆に高すぎると、結晶粒が粗大化し、加工後の肌荒れやｒ値の低下を招くことになる。したがって、焼鈍の温度条件は厳しく管理する必要がある。
【００２１】
最終的に仕上げ焼鈍された冷延焼鈍鋼帯は、通常の方法によりロール成形され、鋼帯両端の突合せ部が連続的に溶接されてステンレス鋼管が造管される。
溶接方法としては、高周波溶接，ＴＩＧ，ＭＩＧ，プラズマ溶接，レーザー溶接等の通常の溶接法が採用される。
【実施例】
【００２２】
供試材として、表１に示す成分組成を有するフェライト系ステンレス鋼を用いた。
中間焼鈍条件，仕上げ冷延率及び仕上げ焼鈍条件を種々変更して表２に示す機械的特性を有するステンレス鋼帯を製造した。この鋼帯を素材とし、レーザー造管機により、外径２５.４ｍｍ，肉厚０.８ｍｍ，長さ２８０ｍｍの溶接鋼管を製造し、拡管加工試験を行なった。拡管する素管長さは１３０ｍｍとした。テーパ角度１５度の拡管ポンチで、外径５２ｍｍを目標に同軸拡管を行なった。目標をクリアした鋼管は割れに到るまで拡管を繰り返した。
なお、潤滑油には粘度６０ｍｍ2／ｓのプレス油を使用した。
【００２３】
2006274419.tif 000002
【００２４】
各段階での拡管後、縮み量と減肉率を測定した。測定は、ビード部を含めた８等分点のうちビード部を除いた７箇所の母材部にて計測し、縮み量に関しては素材管端からの縮み距離の平均値を、減肉率に関しては板端からの５ｍｍの位置における母材厚さを測定し板厚から換算した値の平均値を結果値として採用した。
その結果を表３に示す。
【００２５】
表３に示す結果からわかるように、本発明の拡管用鋼管では、拡管率で１０５％に相当する第４工程の目標外径５２ｍｍを達成することができている。
これに対して、比較例である材料Ｅを素材とした鋼管では、幅方向のランクフォード値ｒTが１.６に満たなかったため、本発明材料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに比べて拡管後の管の縮み量が少なく、減肉率が大きくなって、１０５％の拡管率を目標とした第４工程での拡管ができなかった。また、比較例の材料Ｆも、耐力が高すぎたために拡管後の管の縮み量が少なく、減肉率が大きくなって、拡管率１０５％の拡管加工はできなかった。
【００２６】
2006274419.tif 000003
【００２７】
2006274419.tif 000004